ES2379900T3 - Lithium battery and method to manufacture an anode from it - Google Patents

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Abstract

A lithium battery includes an anode and a cathode. The anode includes a first carbon nanotube structure, the first carbon nanotube structure incudes at least a carbon nanotube film. The cathode includes a second carbon nanotube structure, the second carbon nanotube structure including a carbon nanotube film structure and a plurality of active material particles dispersed in the carbon nanotube film structure. A method for making the anode of a lithium battery includes the steps of: providing an array of carbon nanotubes; making a first carbon nanotube structure; providing a negative current collector; and disposing the first carbon nanotube structure on the current collector, and thereby, achieving the anode of lithium battery.

Description

Batería de litio y método para fabricar un ánodo de la misma Lithium battery and method to manufacture an anode from it

Campo de la invención Field of the Invention

La presente invención se refiere a una batería de litio, y a un método para fabricar un ánodo de la batería de litio. The present invention relates to a lithium battery, and to a method of manufacturing a lithium battery anode.

Discusión de la técnica relacionada Discussion of related technique

En los últimos años, las baterías de litio han recibido mucha atención y se usan en diversos dispositivos portátiles, tales como ordenadores personales portátiles, teléfonos móviles y cámaras digitales, debido a su bajo peso, alta tensión de descarga, larga vida en ciclos y alta densidad energética comparadas con baterías de almacenamiento de plomo convencionales, baterías de níquel-cadmio, baterías de níquel-hidruro, y baterías de níquel-cinc. In recent years, lithium batteries have received a lot of attention and are used in various portable devices, such as portable personal computers, mobile phones and digital cameras, due to their low weight, high discharge voltage, long cycle life and high energy density compared to conventional lead-acid storage batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-hydride batteries, and nickel-zinc batteries.

Una batería de litio incluye generalmente un cátodo, un ánodo, electrolito, un separador usado para separar el ánodo del cátodo, y un recipiente que tenga el ánodo, el cátodo, electrolito, y el separador dispuestos en él. A lithium battery generally includes a cathode, an anode, electrolyte, a separator used to separate the anode from the cathode, and a container having the anode, cathode, electrolyte, and separator disposed therein.

Un ánodo de una batería de litio debe tener propiedades tales como alta densidad energética; una baja tensión a circuito abierto frente a electrodos de litio metálico; alta retención de la capacidad; buenas prestaciones en electrolitos comunes; alta densidad (por ejemplo, > 2,0 g/cm3); buena estabilidad durante los procesos de carga y descarga, y bajo coste. En la actualidad, el material activo para el ánodo más ampliamente usado es material carbonoso/carbonáceo tal como grafito natural, grafito artificial y carbono amorfo. El carbono amorfo tiene una excelente capacidad, pero su irreversibilidad es relativamente alta. La capacidad teórica máxima del grafito natural es de 372 mAh/g, pero su vida es relativamente corta. An anode of a lithium battery must have properties such as high energy density; a low open circuit voltage against metallic lithium electrodes; high capacity retention; good performance in common electrolytes; high density (for example,> 2.0 g / cm3); Good stability during loading and unloading processes, and low cost. At present, the most widely used active material for the anode is carbonaceous / carbonaceous material such as natural graphite, artificial graphite and amorphous carbon. Amorphous carbon has an excellent capacity, but its irreversibility is relatively high. The maximum theoretical capacity of natural graphite is 372 mAh / g, but its life is relatively short.

En general, el ánodo de material carbonoso/carbonáceo tiene una baja eficiencia y unas bajas prestaciones en de ciclaje en el primer ciclo de carga y descarga, debido a la formación de una capa de interfase electrolito-sólido (SEI). Una capa SEI estable es esencial en la batería de litio para impedir que el material del ánodo reaccione con el electrolito, por lo tanto, la selección del electrolito es limitada. Solamente los electrolitos en los que se pueda formar una capa SEI estable son adecuados para usar en una batería de litio. In general, the anode of carbonaceous / carbonaceous material has low efficiency and low cycling performance in the first charge and discharge cycle, due to the formation of an electrolyte-solid interface (SEI) layer. A stable SEI layer is essential in the lithium battery to prevent the anode material from reacting with the electrolyte, therefore, the selection of the electrolyte is limited. Only electrolytes in which a stable SEI layer can be formed are suitable for use in a lithium battery.

Los nanotubos de carbono son un nuevo material carbonoso/carbonáceo formado por una o más capas de grafito. La distancia entre dos capas de grafito en el nanotubo de carbono es aproximadamente de 0,34 nanómetros, que es mayor que la distancia entre dos capas de grafito natural. De este modo, el nanotubo de carbono es un material adecuado para usar como ánodo de la batería de litio. Sin embargo, hasta ahora, los nanotubos de carbono se mezclan con un aglutinante, y están dispuestos sobre un colector de corriente del ánodo. Como tal, la capacidad de adsorción de los nanotubos de carbono está restringida por el aglutinante mezclado con ellos. Carbon nanotubes are a new carbonaceous / carbonaceous material formed by one or more layers of graphite. The distance between two layers of graphite in the carbon nanotube is approximately 0.34 nanometers, which is greater than the distance between two layers of natural graphite. Thus, the carbon nanotube is a material suitable for use as a lithium battery anode. However, until now, carbon nanotubes are mixed with a binder, and are arranged on a current collector of the anode. As such, the adsorption capacity of carbon nanotubes is restricted by the binder mixed with them.

Un cátodo de una batería de litio debe tener propiedades tales como alta densidad energética; alta tensión a circuito abierto frente al electrodo de litio metálico; alta retención de la capacidad; buenas prestaciones en electrolitos comunes; alta densidad; buena estabilidad durante los procesos de carga y descarga, y bajo coste. Entre diversos materiales activos, los óxidos de metales de transición y óxidos mixtos de metales de transición han recibido mucha atención, debido a sus capacidades de carga/descarga relativamente altas en las baterías de litio. En la actualidad, los materiales activos para el cátodo más ampliamente usados son el óxido de litio y manganeso de tipo espinela (por ejemplo, LiMn2O4), fosfato de litio y hierro de tipo olivino (por ejemplo, LiFePO4), y óxido de litio y cobalto de tipo estratificado (por ejemplo, LiCoO2). A cathode of a lithium battery must have properties such as high energy density; high voltage open circuit in front of the metallic lithium electrode; high capacity retention; good performance in common electrolytes; high density; Good stability during loading and unloading processes, and low cost. Among various active materials, transition metal oxides and mixed transition metal oxides have received much attention, due to their relatively high charge / discharge capabilities in lithium batteries. At present, the most widely used cathode active materials are spinel-type lithium and manganese oxide (for example, LiMn2O4), olivine-type lithium iron and phosphate (for example, LiFePO4), and lithium oxide and stratified cobalt (for example, LiCoO2).

Sin embargo, la baja conductividad de los materiales activos induce generalmente una resistencia relativamente grande en el cátodo. Como tal, la profundidad de la carga/descarga de la batería de litio es relativamente baja. Para disminuir la resistencia del cátodo, se mezcla comúnmente un aditivo conductor con el material activo. El peso del aditivo conductor puede alcanzar aproximadamente 15%~ 30% del peso total del cátodo. Si el aditivo conductor aumenta y el peso de la batería debe permanecer el mismo, la cantidad de material activo en el cátodo debe reducirse, y de este modo, la densidad energética de la batería de litio se verá afectada. However, the low conductivity of the active materials generally induces a relatively large resistance in the cathode. As such, the charge / discharge depth of the lithium battery is relatively low. To decrease the resistance of the cathode, a conductive additive is commonly mixed with the active material. The weight of the conductive additive can reach approximately 15% ~ 30% of the total cathode weight. If the conductive additive increases and the weight of the battery must remain the same, the amount of active material in the cathode must be reduced, and thus, the energy density of the lithium battery will be affected.

Para solucionar el problema descrito anteriormente, se han ensayado nanotubos de carbono como un nuevo aditivo conductor, en cátodos de baterías de litio, para aprovechar sus excelentes propiedades conductoras. En la técnica anterior, nanotubos de carbono en polvo se mezclan con el material activo mediante agitación por ultrasonidos. Desafortunadamente, los nanotubos de carbono son propensos a la agregación debido a su superficie específica extremadamente grande, y como tales, los nanotubos de carbono agregados no mejorarán la conductividad del cátodo. To solve the problem described above, carbon nanotubes have been tested as a new conductive additive, in lithium battery cathodes, to take advantage of their excellent conductive properties. In the prior art, powdered carbon nanotubes are mixed with the active material by ultrasonic stirring. Unfortunately, carbon nanotubes are prone to aggregation due to their extremely large specific surface area, and as such, aggregate carbon nanotubes will not improve the conductivity of the cathode.

Lo que se necesita, por tanto, es proporcionar una batería de litio con un ánodo con una buena capacidad de adsorción, una batería de litio con un cátodo que tenga una buena conductividad, y un método para fabricar el ánodo de la batería de litio, y, en la cual, los problemas anteriores se eliminan o al menos se mitigan. What is needed, therefore, is to provide a lithium battery with an anode with a good adsorption capacity, a lithium battery with a cathode that has good conductivity, and a method for manufacturing the lithium battery anode, and, in which, the above problems are eliminated or at least mitigated.

Sumario Summary

De este modo, vista desde un aspecto, la presente invención proporciona una batería de litio, que comprende: Thus, seen from one aspect, the present invention provides a lithium battery, comprising:

un ánodo que comprende una estructura de películas de nanotubos de carbono que comprende al menos dos películas de nanotubos de carbono solapadas, en la que cada película de nanotubos de carbono comprende una pluralidad de nanotubos de carbono consecutivos unidos extremo con extremo, y alineados a lo largo de una an anode comprising a carbon nanotube film structure comprising at least two overlapping carbon nanotube films, in which each carbon nanotube film comprises a plurality of consecutive carbon nanotubes joined end to end, and aligned to the along one

misma dirección; same direction;

un cátodo;  a cathode;

un separador usado para separar el ánodo del cátodo; a separator used to separate the anode from the cathode;

un recipiente con el ánodo, el cátodo y el separador dispuestos en él; y a vessel with the anode, cathode and separator disposed therein; Y

un electrolito que llena el recipiente. Vista desde un aspecto adicional, la presente invención proporciona una batería de litio, que comprende: un ánodo; un cátodo que comprende una estructura de películas de nanotubos de carbono que comprende al menos dos películas de nanotubos de carbono solapadas, y una pluralidad de partículas de material activo dispersadas en la estructura de películas de nanotubos de carbono, en la que cada película de nanotubos de carbono comprende una pluralidad de nanotubos de carbono consecutivos unidos extremo con extremo, y alineados a lo largo de una misma dirección; un separador usado para separar el ánodo del cátodo; un recipiente con el ánodo, el cátodo y el separador dispuestos en él; y un electrolito que llena el recipiente. Vista desde aún otro aspecto adicional, la presente invención proporciona un método para fabricar un ánodo de una an electrolyte that fills the container. Viewed from a further aspect, the present invention provides a lithium battery, comprising: an anode; a cathode comprising a carbon nanotube film structure comprising at least two overlapping carbon nanotube films, and a plurality of particles of active material dispersed in the carbon nanotube film structure, in which each nanotube film Carbon comprises a plurality of consecutive carbon nanotubes joined end to end, and aligned along the same direction; a separator used to separate the anode from the cathode; a vessel with the anode, cathode and separator disposed therein; and an electrolyte that fills the container. Seen from yet another additional aspect, the present invention provides a method for manufacturing an anode of a

batería de litio, comprendiendo el método las etapas de: lithium battery, the method comprising the steps of:

(a) (to)
proporcionar una disposición de nanotubos de carbono; provide a disposition of carbon nanotubes;

(b) (b)
preparar una estructura de películas de nanotubos de carbono que comprende al menos dos películas de nanotubos de carbono solapadas, en la que cada película de nanotubos de carbono comprende una pluralidad de nanotubos de carbono consecutivos unidos extremo con extremo y alineados a lo largo de una misma dirección; preparing a carbon nanotube film structure comprising at least two overlapping carbon nanotube films, wherein each carbon nanotube film comprises a plurality of consecutive carbon nanotubes joined end to end and aligned along the same address;

(c) (C)
proporcionar un colector de corriente negativo; y provide a negative current collector; Y

(d) (d)
disponer una estructura de películas de nanotubos de carbono sobre el colector de corriente, y de ese modo, obtener el ánodo de la batería de litio. arrange a carbon nanotube film structure on the current collector, and thereby obtain the lithium battery anode.

Otras ventajas y nuevas características de la batería de litio de la presente invención, y el método relacionado para fabricar el ánodo, serán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferidas, tomadas conjuntamente con los dibujos adjuntos. Other advantages and new features of the lithium battery of the present invention, and the related method of manufacturing the anode, will be more apparent from the following detailed description of the preferred embodiments, taken in conjunction with the accompanying drawings.

Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings

Muchos aspectos de la batería de litio de la presente invención, y el método relacionado para fabricar el ánodo de la batería de litio, se comprenderán mejor con referencia a los siguientes dibujos. Los componentes en los dibujos no han necesariamente de llevarse a escala, poniéndose énfasis en cambio sobre una clara ilustración de los principios de la batería de litio de la presente invención y el método relacionado para fabricar el ánodo de la batería de litio, y una batería del litio usando el mismo. Many aspects of the lithium battery of the present invention, and the related method of manufacturing the lithium battery anode, will be better understood with reference to the following drawings. The components in the drawings do not necessarily have to be scaled, emphasizing instead a clear illustration of the principles of the lithium battery of the present invention and the related method of manufacturing the lithium battery anode, and a battery of lithium using it.

La figura 1 es una vista esquemática de un ánodo de una batería de litio, de acuerdo con una realización de la presente invención. Figure 1 is a schematic view of an anode of a lithium battery, in accordance with an embodiment of the present invention.

La figura 2 muestra una imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) de una película de nanotubos de carbono en el ánodo de la batería de litio de acuerdo con una realización de la presente invención. Figure 2 shows a scanning electron microscopy (SEM) image of a film of carbon nanotubes at the anode of the lithium battery according to an embodiment of the present invention.

La figura 3 muestra una imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) de una película de nanotubos de carbono ordenada en el ánodo de acuerdo con una realización de la presente invención. Figure 3 shows a scanning electron microscopy (SEM) image of a carbon nanotube film arranged in the anode according to an embodiment of the present invention.

La figura 4 muestra una fotografía de una película de nanotubos de carbono con una forma predeterminada en el ánodo de la batería de litio de la figura 1. Figure 4 shows a photograph of a film of carbon nanotubes with a predetermined shape at the anode of the lithium battery of Figure 1.

La figura 5 muestra una imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) de una estructura de películas de nanotubos de carbono, de acuerdo con la presente realización. Figure 5 shows a scanning electron microscopy (SEM) image of a carbon nanotube film structure, in accordance with the present embodiment.

La figura 6 muestra una vista esquemática de una película de material compuesto, de acuerdo con la estructura de nanotubos de carbono del ánodo de una batería de litio. Figure 6 shows a schematic view of a composite film, according to the carbon nanotube structure of the anode of a lithium battery.

La figura 7 es un diagrama de flujo de un método para la fabricación del ánodo de la batería de litio de acuerdo con una realización de la presente invención. Fig. 7 is a flow chart of a method for manufacturing the anode of the lithium battery according to an embodiment of the present invention.

La figura 8 muestra una fotografía de una estructura de flóculos de nanotubos de carbono en el ánodo de la batería de litio de la figura 1. Figure 8 shows a photograph of a carbon nanotube floc structure at the anode of the lithium battery of Figure 1.

La figura 9 es una vista esquemática de un cátodo de una batería de litio, de acuerdo con una realización de la presente invención. Figure 9 is a schematic view of a cathode of a lithium battery, in accordance with an embodiment of the present invention.

La figura 10 es una vista esquemática de una segunda estructura de nanotubos de carbono usada en el cátodo de la batería de litio de la figura 9. Figure 10 is a schematic view of a second carbon nanotube structure used in the cathode of the lithium battery of Figure 9.

La figura 11 es un diagrama de flujo de un método para la fabricación del cátodo de la batería de litio de acuerdo con una realización de la presente invención. Figure 11 is a flow chart of a method for manufacturing the lithium battery cathode according to an embodiment of the present invention.

La figura 12 es una vista esquemática de una batería de litio, de acuerdo con la presente realización. Fig. 12 is a schematic view of a lithium battery, in accordance with the present embodiment.

Los caracteres de referencia correspondientes indican las partes correspondientes a lo largo de las varias vistas. Los ejemplos mostrados aquí ilustran al menos una realización preferida de la batería de litio de la presente invención y el método relacionado para fabricar el ánodo de la misma, en al menos una forma, y tales ejemplos no han de interpretarse como que limitan el alcance de la invención de ningún modo. The corresponding reference characters indicate the corresponding parts throughout the various views. The examples shown here illustrate at least one preferred embodiment of the lithium battery of the present invention and the related method of manufacturing the anode thereof, in at least one form, and such examples are not to be construed as limiting the scope of The invention in any way.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas Detailed description of the preferred embodiments

Ahora se hará referencia a los dibujos, para describir en detalle realizaciones de la batería de litio de la presente invención, y un método relacionado para fabricar el ánodo de la misma. Reference will now be made to the drawings, to describe in detail embodiments of the lithium battery of the present invention, and a related method for manufacturing the anode thereof.

Haciendo referencia a la figura 1, un ánodo 10 de una batería de litio en la presente realización, incluye un colector de corriente negativo 12 y una primera estructura de nanotubos de carbono 14 sostenida por el colector de corriente negativo 12. La primera estructura de nanotubos de carbono 14 incluye al menos una película de nanotubos de carbono. El colector de corriente negativo 12 puede ser, de manera beneficiosa, un sustrato metálico. Muy adecuadamente, el sustrato metálico es una lámina de cobre. La primera estructura de nanotubos de carbono 14 puede estar, de manera ventajosa, dispuesta directamente sobre una superficie del colector de corriente negativo Referring to Fig. 1, an anode 10 of a lithium battery in the present embodiment includes a negative current collector 12 and a first carbon nanotube structure 14 held by the negative current collector 12. The first nanotube structure Carbon 14 includes at least one film of carbon nanotubes. The negative current collector 12 may be beneficially a metallic substrate. Very suitably, the metal substrate is a copper foil. The first carbon nanotube structure 14 can be advantageously arranged directly on a surface of the negative current collector

12. Más específicamente, la primera estructura de nanotubos de carbono 14 puede formarse sobre la superficie del colector de corriente negativo 12 directamente, o puede prepararse para que se adhiera a la superficie del colector de corriente negativo 12 mediante un aglutinante. 12. More specifically, the first carbon nanotube structure 14 can be formed on the surface of the negative current collector 12 directly, or it can be prepared to adhere to the surface of the negative current collector 12 by means of a binder.

Haciendo referencia a la figura 2 y a la figura 3, la primera estructura de nanotubos de carbono 14 puede ser una película de nanotubos de carbono independiente. Además, los nanotubos de carbono son sustancialmente paralelos a una superficie de la primera estructura de nanotubos de carbono 14. Los nanotubos de carbono se seleccionan del grupo que consiste en los nanotubos de carbono dispuestos de manera isotrópica, dispuestos a lo largo de una cierta dirección, o dispuestos a lo largo de direcciones diferentes. Los nanotubos de carbono adyacentes se combinan y se atraen mediante la fuerza atractiva de Van der Waals, formando de este modo una estructura independiente. Como tal, la primera estructura de nanotubos de carbono 14 tiene una buena resistencia a la tracción, y puede, de manera ventajosa, estar conformada en la mayor parte de las formas deseadas del ánodo. La primera estructura de nanotubos de carbono 14 incluye una pluralidad de microporos. El diámetro de los microporos es inferior a 1 micrómetro. Como tal, la superficie específica de la primera estructura de nanotubos de carbono 14 es extremadamente grande. De este modo, cuando la primera estructura de nanotubos de carbono 14 se usa en el ánodo de la batería de litio, puede aumentar la cantidad de intercalación de iones de litio, y puede mejorarse la estabilidad de una capa SEI formada en el primer ciclo de carga/descarga, debido a la estructura microporosa especial de la primera estructura de nanotubos de carbono 14. Referring to Figure 2 and Figure 3, the first carbon nanotube structure 14 may be an independent carbon nanotube film. In addition, carbon nanotubes are substantially parallel to a surface of the first carbon nanotube structure 14. Carbon nanotubes are selected from the group consisting of isotropically arranged carbon nanotubes, arranged along a certain direction. , or arranged along different directions. Adjacent carbon nanotubes are combined and attracted by the attractive force of Van der Waals, thus forming an independent structure. As such, the first carbon nanotube structure 14 has good tensile strength, and may, advantageously, be shaped in most of the desired anode shapes. The first carbon nanotube structure 14 includes a plurality of micropores. The diameter of the micropores is less than 1 micrometer. As such, the specific surface area of the first carbon nanotube structure 14 is extremely large. Thus, when the first carbon nanotube structure 14 is used in the anode of the lithium battery, the amount of intercalation of lithium ions can be increased, and the stability of an SEI layer formed in the first cycle of loading / unloading, due to the special microporous structure of the first carbon nanotube structure 14.

Haciendo referencia a la figura 4, la primera estructura de nanotubos de carbono 14 puede ser una película de nanotubos de carbono con una pluralidad de nanotubos de carbono isotrópicos y dispuestos de manera uniforme, desordenados, y enredados conjuntamente. La primera estructura de nanotubos de carbono 14 incluye una pluralidad de microporos formados por los nanotubos de carbono desordenados. El diámetro de los microporos es inferior a 100 micrómetros. Como tal, la superficie específica de la primera estructura de nanotubos de carbono 14 es extremadamente grande. De este modo, cuando se usa la primera estructura de nanotubos de carbono 14 en el ánodo de la batería de litio, puede aumentar la cantidad de intercalación de los iones de litio, y puede mejorarse la estabilidad de la capa SEI formada en el primer ciclo de carga/descarga, debido a la estructura microporosa especial de la primera estructura de nanotubos de carbono 14. Referring to Figure 4, the first carbon nanotube structure 14 may be a film of carbon nanotubes with a plurality of isotropic and uniformly arranged, disordered, and entangled carbon nanotubes. The first carbon nanotube structure 14 includes a plurality of micropores formed by the disordered carbon nanotubes. The diameter of the micropores is less than 100 micrometers. As such, the specific surface area of the first carbon nanotube structure 14 is extremely large. Thus, when the first carbon nanotube structure 14 is used at the anode of the lithium battery, the amount of intercalation of the lithium ions can be increased, and the stability of the SEI layer formed in the first cycle can be improved. loading / unloading, due to the special microporous structure of the first carbon nanotube structure 14.

Haciendo referencia a la figura 5, la primera estructura de nanotubos de carbono 14 incluye al menos una película de nanotubos de carbono. La película de nanotubos de carbono incluye una pluralidad de nanotubos de carbono consecutivos unidos extremo con extremo y alineados a lo largo de la misma dirección. Cuando la primera estructura de nanotubos de carbono incluye una pluralidad de películas de nanotubos de carbono, las capas de la película de nanotubos de carbono se cruzan y solapan unas con otras. El ángulo entre las direcciones alineadas de dos capas adyacentes es arbitrario. Referring to Figure 5, the first carbon nanotube structure 14 includes at least one carbon nanotube film. The carbon nanotube film includes a plurality of consecutive carbon nanotubes joined end to end and aligned along the same direction. When the first carbon nanotube structure includes a plurality of carbon nanotube films, the layers of the carbon nanotube film intersect and overlap with each other. The angle between the aligned directions of two adjacent layers is arbitrary.

Haciendo referencia a la figura 6, la primera estructura de nanotubos de carbono 14 puede ser una película de material compuesto. La película de material compuesto incluye una estructura de películas de nanotubos de carbono 16 y una pluralidad de partículas de óxido de estaño a nanoescala 18 dispersadas en la estructura de películas de nanotubos de carbono 16. La estructura de películas de nanotubos de carbono 16 incluye al menos dos películas de nanotubos de carbono solapadas. La película de nanotubos de carbono incluye una pluralidad de nanotubos de carbono consecutivos unidos extremo con extremo y alineados a lo largo de la misma dirección. Las al menos dos películas de nanotubos de carbono se cruzan y solapan unas con otras. El número de películas de nanotubos de carbono y el ángulo entre las direcciones alineadas de las dos películas de nanotubos de carbono adyacentes se fija arbitrariamente. Referring to Figure 6, the first carbon nanotube structure 14 may be a composite film. The composite film includes a structure of carbon nanotube films 16 and a plurality of nanoscale tin oxide particles 18 dispersed in the structure of carbon nanotube films 16. The structure of carbon nanotube films 16 includes the minus two overlapping carbon nanotube films. The carbon nanotube film includes a plurality of consecutive carbon nanotubes joined end to end and aligned along the same direction. The at least two carbon nanotube films intersect and overlap with each other. The number of carbon nanotube films and the angle between the aligned directions of the two adjacent carbon nanotube films is arbitrarily set.

La película de nanotubos de carbono en la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 también puede incluir una pluralidad de nanotubos de carbono. Los nanotubos de carbono son isotrópicos y están dispuestos uniformemente, desordenados, y están enredados conjuntamente. The carbon nanotube film in the carbon nanotube film structure 16 may also include a plurality of carbon nanotubes. Carbon nanotubes are isotropic and are uniformly arranged, messy, and entangled together.

La película de nanotubos de carbono en la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 puede incluir también una pluralidad de nanotubos de carbono. Los nanotubos de carbono están dispuestos de manera isotrópica, dispuestos a lo largo de una cierta dirección, o dispuestos a lo largo de diferentes direcciones. The carbon nanotube film in the carbon nanotube film structure 16 may also include a plurality of carbon nanotubes. Carbon nanotubes are arranged isotropically, arranged along a certain direction, or arranged along different directions.

Ha de entenderse que el colector de corriente negativo 12, en el ánodo 10 de la batería de litio de la presente realización, es opcional. En otras realizaciones, el ánodo 10 de la batería de litio puede incluir solamente la primera estructura de nanotubos de carbono 14. Debido a la estructura de películas independiente y estable, la primera estructura de nanotubos de carbono 14 puede usarse como ánodo 10 de la batería de litio, sin el colector de corriente negativo 12. It is to be understood that the negative current collector 12, at the anode 10 of the lithium battery of the present embodiment, is optional. In other embodiments, the anode 10 of the lithium battery may include only the first carbon nanotube structure 14. Due to the independent and stable film structure, the first carbon nanotube structure 14 can be used as the anode 10 of the battery lithium, without the negative current collector 12.

En la presente realización, la anchura de la estructura de nanotubos de carbono 14 está en el intervalo aproximado de 1 cm a 10 cm. El grosor de la primera estructura de nanotubos de carbono 14 está en el intervalo aproximado de 1 micrómetro a 2 mm. Ha de entenderse que el tamaño de la estructura de nanotubos de carbono 14 puede fijarse arbitrariamente. Después de una etapa de corte, puede formarse una película de nanotubos de carbono de un tamaño inferior (por ejemplo, de 8 mm x 8 mm), para usar como ánodo con base de nanotubos de carbono en una batería de litio en miniatura. In the present embodiment, the width of the carbon nanotube structure 14 is in the approximate range of 1 cm to 10 cm. The thickness of the first carbon nanotube structure 14 is in the approximate range of 1 micrometer to 2 mm. It is to be understood that the size of the carbon nanotube structure 14 can be set arbitrarily. After a cutting step, a film of carbon nanotubes of a smaller size (for example, 8 mm x 8 mm) can be formed, for use as an anode with a carbon nanotube base in a miniature lithium battery.

Haciendo referencia a la figura 7, un método para fabricar el ánodo 10 de la batería de litio incluye las etapas de: (a) proporcionar una disposición de nanotubos de carbono, muy adecuadamente, proporcionar una disposición superalineada de nanotubos de carbono; (b) preparar una primera estructura de nanotubos de carbono 14; (c) proporcionar un colector de corriente negativo 12; y (d) disponer la primera estructura de nanotubos de carbono 14 sobre el colector de corriente negativo 12 para obtener el ánodo 10 de la batería de litio. Referring to Figure 7, a method of manufacturing the anode 10 of the lithium battery includes the steps of: (a) providing a carbon nanotube arrangement, very suitably, providing a super-aligned arrangement of carbon nanotubes; (b) prepare a first carbon nanotube structure 14; (c) provide a negative current collector 12; and (d) arranging the first carbon nanotube structure 14 on the negative current collector 12 to obtain the anode 10 of the lithium battery.

En la etapa (a), puede formarse una disposición superalineada dada de nanotubos de carbono, mediante las etapas de: (a1) proporcionar un sustrato sustancialmente plano y liso; (a2) formar una capa de catalizador sobre el sustrato; (a3) recocer el sustrato con el catalizador a una temperatura en el intervalo aproximado de 700ºC a 900ºC en aire durante 30 a 90 minutos; (a4) calentar el sustrato con el catalizador a una temperatura en el intervalo aproximado de 500ºC a 740ºC en un horno con un gas protector dentro de él; y (a5) suministrar al horno un gas como fuente de carbono durante 5 a 30 minutos, y hacer crecer una disposición superalineada de los nanotubos de carbono a partir del sustrato. In step (a), a given super-aligned arrangement of carbon nanotubes can be formed, by the steps of: (a1) providing a substantially flat and smooth substrate; (a2) form a catalyst layer on the substrate; (a3) annealing the substrate with the catalyst at a temperature in the approximate range of 700 ° C to 900 ° C in air for 30 to 90 minutes; (a4) heating the substrate with the catalyst at a temperature in the approximate range of 500 ° C to 740 ° C in an oven with a protective gas inside it; and (a5) supply a gas as a carbon source to the oven for 5 to 30 minutes, and grow a super-aligned arrangement of carbon nanotubes from the substrate.

En la etapa (a1), el sustrato puede ser una oblea de silicio de tipo P o N. Muy adecuadamente, se usa una oblea de silicio de tipo P de 100 mm (4 pulgadas) como sustrato. In step (a1), the substrate can be a P or N type silicon wafer. Very suitably, a 100 mm (4 inch) P type silicon wafer is used as the substrate.

En la etapa (a2), el catalizador puede prepararse de hierro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni), o cualquiera de sus combinaciones de aleaciones. In step (a2), the catalyst can be prepared from iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), or any of its alloy combinations.

En la etapa (a4), el gas protector puede prepararse de al menos uno de nitrógeno (N2), amoníaco (NH3), y un gas noble. En la etapa (a5), el gas como fuente de carbono puede ser un gas de hidrocarburo, tal como etileno (C2H4), metano (CH4), acetileno (C2H2), etano (C2H6), o cualquiera de sus combinaciones. In step (a4), the protective gas can be prepared from at least one of nitrogen (N2), ammonia (NH3), and a noble gas. In step (a5), the gas as a carbon source may be a hydrocarbon gas, such as ethylene (C2H4), methane (CH4), acetylene (C2H2), ethane (C2H6), or any combination thereof.

La disposición superalineada de nanotubos de carbono puede tener una altura superior a 100 micrómetros, e incluye una pluralidad de nanotubos de carbono paralelos unos a otros, y aproximadamente perpendiculares al sustrato. La disposición superalineada de nanotubos de carbono formada en las condiciones anteriores no tiene sustancialmente impurezas, tales como partículas carbonáceas o residuales del catalizador. Los nanotubos de carbono en la disposición superalineada se empaquetan juntos estrechamente mediante la fuerza atractiva de Van der Waals. The super-aligned arrangement of carbon nanotubes may have a height greater than 100 micrometers, and includes a plurality of carbon nanotubes parallel to each other, and approximately perpendicular to the substrate. The super-aligned arrangement of carbon nanotubes formed in the above conditions has substantially no impurities, such as carbonaceous or residual particles of the catalyst. The carbon nanotubes in the super-aligned arrangement are packed together closely by the attractive force of Van der Waals.

En la etapa (b), la primera estructura de nanotubos de carbono 14 puede formarse mediante las etapas de: (b1) proporcionar un dispositivo de presión, y (b2) hacer presión sobre la disposición de nanotubos de carbono para formar una película de nanotubos de carbono, y obtener una primera estructura de nanotubos de carbono 14. In step (b), the first carbon nanotube structure 14 can be formed by the steps of: (b1) providing a pressure device, and (b2) pressing on the arrangement of carbon nanotubes to form a nanotube film carbon, and obtain a first carbon nanotube structure 14.

Una cierta presión puede aplicarse, de manera beneficiosa, sobre la disposición de nanotubos de carbono mediante el dispositivo de presión. En el procedimiento de presión, los nanotubos de carbono de la disposición de nanotubos de carbono se separan del sustrato, y forman bajo presión la película de nanotubos de carbono. Los nanotubos de carbono son sustancialmente paralelos a una superficie de la película de nanotubos de carbono. A certain pressure can be beneficially applied to the arrangement of carbon nanotubes by means of the pressure device. In the pressure process, the carbon nanotubes of the carbon nanotube arrangement are separated from the substrate, and form under pressure the film of carbon nanotubes. Carbon nanotubes are substantially parallel to a surface of the carbon nanotube film.

En la presente realización, el dispositivo de presión puede ser, de manera ventajosa, un cabezal de presión. El cabezal de presión tiene una superficie lisa. Ha de entenderse que la forma del cabezal de presión y la dirección de la presión pueden, de manera oportuna, determinar la dirección de los nanotubos de carbono allí dispuestos. Haciendo referencia a la figura 2, cuando se usa un cabezal de presión plano para hacer presión sobre la disposición de nanotubos de carbono a lo largo de la dirección perpendicular al sustrato, puede obtenerse de manera ventajosa una película de nanotubos de carbono con una pluralidad de nanotubos de carbono dispuestos de manera isotrópica. Haciendo referencia a la figura 3, cuando se usa un cabezal de presión en forma de rodillo para hacer presión sobre la disposición de nanotubos de carbono a lo largo de cierta dirección, se obtiene una película de nanotubos de carbono con una pluralidad de nanotubos de carbono alineados a lo largo de esa cierta dirección. Cuando se usa un cabezal en forma de rodillo para hacer presión sobre la disposición de nanotubos de carbono a lo largo de direcciones diferentes, se obtiene una película de nanotubos de carbono con una pluralidad de nanotubos de carbono alineados a lo largo de direcciones diferentes. In the present embodiment, the pressure device can advantageously be a pressure head. The pressure head has a smooth surface. It is to be understood that the shape of the pressure head and the direction of the pressure can, in a timely manner, determine the direction of the carbon nanotubes disposed there. Referring to Figure 2, when a flat pressure head is used to press on the arrangement of carbon nanotubes along the direction perpendicular to the substrate, a film of carbon nanotubes with a plurality of can be advantageously obtained Carbon nanotubes arranged in an isotropic manner. Referring to Figure 3, when a roller-shaped pressure head is used to pressure the arrangement of carbon nanotubes along a certain direction, a film of carbon nanotubes with a plurality of carbon nanotubes is obtained. aligned along that certain direction. When a roller-shaped head is used to pressure the arrangement of carbon nanotubes along different directions, a film of carbon nanotubes with a plurality of carbon nanotubes aligned along different directions is obtained.

En la etapa (b), puede formarse la primera estructura de nanotubos de carbono 14 mediante las etapas de: (b1’) separar la disposición de nanotubos de carbono del sustrato para obtener una pluralidad de nanotubos de carbono; (b2’) añadir la pluralidad de nanotubos de carbono a un disolvente para obtener una estructura de flóculos de nanotubos de carbono en el disolvente; y (b3’) separar la estructura de flóculos de nanotubos de carbono del disolvente, y dar forma de película de nanotubos de carbono a la estructura de flóculos de nanotubos de carbono separada, y de ese modo, obtener la primera estructura de nanotubos de carbono 14. In step (b), the first carbon nanotube structure 14 can be formed by the steps of: (b1 ') separating the arrangement of carbon nanotubes from the substrate to obtain a plurality of carbon nanotubes; (b2 ’) add the plurality of carbon nanotubes to a solvent to obtain a carbon nanotube floc structure in the solvent; and (b3 ') separating the carbon nanotube floc structure from the solvent, and forming the carbon nanotube floc structure as a carbon nanotube film, and thereby obtaining the first carbon nanotube structure 14.

En la etapa (b1’), se puede retirar la disposición de nanotubos de carbono 14 raspando el sustrato con un cuchillo u otro dispositivo similar, para obtener una pluralidad de nanotubos de carbono. Tal material de partida es capaz, hasta cierto grado, de mantener el estado segmentado de los nanotubos de carbono. La longitud de los nanotubos de carbono está por encima de 10 micrómetros. In step (b1 '), the arrangement of carbon nanotubes 14 can be removed by scraping the substrate with a knife or other similar device, to obtain a plurality of carbon nanotubes. Such starting material is capable, to some extent, of maintaining the segmented state of carbon nanotubes. The length of carbon nanotubes is above 10 micrometers.

En la etapa (b2’), el disolvente se selecciona de un grupo que consiste en agua y un disolvente orgánico volátil. Después de añadir la pluralidad de nanotubos de carbono al disolvente, puede ejecutarse, de manera adecuada, un procedimiento para flocular los nanotubos de carbono, para crear la estructura de flóculos de nanotubos de carbono. El procedimiento de flocular los nanotubos de carbono puede seleccionarse, de manera beneficiosa, del grupo que consiste en dispersión ultrasónica de los nanotubos de carbono y agitación de los nanotubos de carbono. En esta realización, se usa la dispersión ultrasónica para flocular el disolvente que contiene los nanotubos de carbono durante aproximadamente 10~30 minutos. Debido a que los nanotubos de carbono en el disolvente tienen una superficie específica grande y a que los nanotubos de carbono enredados tienen una fuerza atractiva de Van der Waals grande, los nanotubos de carbono floculados y enredados forman una estructura de red (es decir, estructura de flóculos). In step (b2 ’), the solvent is selected from a group consisting of water and a volatile organic solvent. After adding the plurality of carbon nanotubes to the solvent, a process for flocculating the carbon nanotubes can be suitably executed to create the carbon nanotube floc structure. The process of flocculating carbon nanotubes can be beneficially selected from the group consisting of ultrasonic dispersion of carbon nanotubes and agitation of carbon nanotubes. In this embodiment, the ultrasonic dispersion is used to flocculate the solvent containing the carbon nanotubes for approximately 10 ~ 30 minutes. Because the carbon nanotubes in the solvent have a large specific surface since the entangled carbon nanotubes have an attractive force of large Van der Waals, the flocculated and entangled carbon nanotubes form a network structure (i.e., structure of flocs).

En la etapa (b3’), el procedimiento de separar la estructura de flóculos del disolvente incluye las subetapas de: (b3’1) separar por filtración el disolvente para obtener la estructura de flóculos de nanotubos de carbono; y (b3’2) secar la estructura de flóculos de nanotubos de carbono para obtener la estructura de flóculos de nanotubos de carbono separada. In step (b3 ’), the process of separating the floc structure from the solvent includes the sub-stages of: (b3’1) filtering off the solvent to obtain the carbon nanotube floc structure; and (b3’2) drying the carbon nanotube floc structure to obtain the separated carbon nanotube floc structure.

En la etapa (b3’2), la estructura de flóculos de nanotubos de carbono puede disponerse a temperatura ambiente durante un periodo de tiempo para secar el disolvente orgánico. El tiempo de secado puede seleccionarse conforme a necesidades prácticas. Haciendo referencia a la figura 8, sobre el filtro, los nanotubos de carbono en la estructura de flóculos de nanotubos de carbono están enredados conjuntamente. In step (b3’2), the carbon nanotube floc structure can be set at room temperature for a period of time to dry the organic solvent. Drying time can be selected according to practical needs. Referring to Figure 8, on the filter, the carbon nanotubes in the carbon nanotube floc structure are entangled together.

En la etapa (b3’), el procedimiento de dar forma incluye las subetapas de: (b3’3) poner la estructura de flóculos de nanotubos de carbono separada en un recipiente (no mostrado), y extender la estructura de flóculos de nanotubos de carbono para formar una estructura predeterminada; (b3’4) hacer presión sobre la estructura de flóculos de nanotubos de carbono extendida con una cierta presión para dar lugar a una forma deseada; y (b3’5) retirar el disolvente residual contenido en la estructura de flóculos extendida para formar la película de nanotubos de carbono. In step (b3 '), the method of shaping includes the sub-stages of: (b3'3) placing the separated carbon nanotube floc structure in a container (not shown), and extending the nanotube floc structure of carbon to form a predetermined structure; (b3’4) press on the extended carbon nanotube floc structure with a certain pressure to give rise to a desired shape; and (b3’5) remove the residual solvent contained in the extended floc structure to form the carbon nanotube film.

Ha de entenderse que el tamaño de la estructura de flóculos extendida ha de usarse, de manera ventajosa, para controlar el grosor y la densidad superficial de la primera estructura de nanotubos de carbono 14. Como tal, cuanto mayor sea la superficie de la estructura de flóculos, menor será el grosor y la densidad de la primera estructura de nanotubos de carbono 14. Haciendo referencia a la figura 3, en la realización, el grosor de la primera estructura de nanotubos de carbono 14 está en el intervalo aproximado de 1 micrómetro a 2 milímetros, y la anchura de la primera estructura de nanotubos de carbono 14 puede estar, de manera oportuna, en el intervalo aproximado de 1 cm a 10 cm. It is to be understood that the size of the extended floc structure has to be used, advantageously, to control the thickness and surface density of the first carbon nanotube structure 14. As such, the larger the surface of the structure of floccules, the thickness and density of the first carbon nanotube structure 14 will be smaller. Referring to Figure 3, in the embodiment, the thickness of the first carbon nanotube structure 14 is in the approximate range of 1 micrometer to 2 millimeters, and the width of the first carbon nanotube structure 14 may be, in a timely manner, in the approximate range of 1 cm to 10 cm.

Además, la etapa (b3’) puede llevarse a cabo mediante un procedimiento de bombeo y filtración de la estructura de flóculos de nanotubos de carbono, para obtener la película de nanotubos de carbono. El procedimiento de filtración y bombeo incluye las subetapas de: (b3’1’) proporcionar una membrana microporosa y un embudo para bombeo de aire; (b3’2’) separar por filtración el disolvente de los nanotubos de carbono floculados a través de la membrana microporosa, usando el embudo para bombeo de aire; y (b3’3’) bombear con aire y secar los nanotubos de carbono floculados pegados sobre la membrana microporosa. In addition, step (b3 ') can be carried out by a pumping and filtration process of the carbon nanotube floc structure, to obtain the carbon nanotube film. The filtration and pumping process includes the sub-stages of: (b3’1 ’) providing a microporous membrane and an air funnel; (b3’2 ’) filter off the solvent from flocculated carbon nanotubes through the microporous membrane, using the funnel for pumping air; and (b3’3 ’) pump with air and dry the flocculated carbon nanotubes stuck on the microporous membrane.

En la etapa (b3’1’), la membrana microporosa tiene una superficie lisa. Y el diámetro de los microporos de la membrana es aproximadamente de 0,22 micrómetros. La filtración por bombeo puede ejercer presión de aire sobre la estructura de flóculos, formando de este modo una primera estructura de nanotubos de carbono uniforme 14. Además, debido a que la membrana microporosa tiene una superficie lisa, la película de nanotubos de carbono puede separarse fácilmente. In stage (b3’1 ’), the microporous membrane has a smooth surface. And the diameter of the micropores of the membrane is approximately 0.22 micrometers. The pumping filtration can exert air pressure on the floc structure, thus forming a first uniform carbon nanotube structure 14. Furthermore, because the microporous membrane has a smooth surface, the carbon nanotube film can separate easily.

Mediante la etapa de floculación, los nanotubos de carbono se enredan entre ellos debido a la fuerza atractiva de Van der Waals, para formar una estructura de red/estructura de flóculos. De este modo, la primera estructura de nanotubos de carbono 14 tiene una buena resistencia a la tracción. La primera estructura de nanotubos de carbono 14 incluye una pluralidad de microporos formados por los nanotubos de carbono desordenados. El diámetro de los microporos es inferior a 100 micrómetros. Como tal, la superficie específica de la primera estructura de nanotubos de carbono 14 es extremadamente grande. Adicionalmente, la película de nanotubos de carbono no tiene esencialmente aglutinante, e incluye una gran cantidad de microporos. Por consiguiente, cuando se usa la primera estructura de nanotubos de carbono 14 en el ánodo de la batería de litio, puede aumentar la cantidad de intercalación de los iones de litio, y puede mejorarse la estabilidad de la capa SEI formada en el primer ciclo de carga/descarga, debido a la estructura microporosa especial de la primera estructura de nanotubos de carbono 14. Además, el método para fabricar la primera estructura de nanotubos de carbono 14 es simple, y puede usarse para producción en serie. Un resultado del procedimiento de producción del método, es que el grosor y la densidad superficial de la primera estructura de nanotubos de carbono 14 son controlables. Through the flocculation stage, carbon nanotubes become entangled with each other due to the attractive force of Van der Waals, to form a network structure / floc structure. Thus, the first carbon nanotube structure 14 has a good tensile strength. The first carbon nanotube structure 14 includes a plurality of micropores formed by the disordered carbon nanotubes. The diameter of the micropores is less than 100 micrometers. As such, the specific surface area of the first carbon nanotube structure 14 is extremely large. Additionally, the carbon nanotube film has essentially no binder, and includes a large amount of micropores. Therefore, when the first carbon nanotube structure 14 is used at the anode of the lithium battery, the amount of intercalation of the lithium ions can be increased, and the stability of the SEI layer formed in the first cycle of loading / unloading, due to the special microporous structure of the first carbon nanotube structure 14. In addition, the method for manufacturing the first carbon nanotube structure 14 is simple, and can be used for series production. A result of the method production process is that the thickness and surface density of the first carbon nanotube structure 14 are controllable.

Será evidente para las personas de habilidad normal en el campo de la presente invención, que el tamaño de la primera estructura de nanotubos de carbono 14 puede fijarse arbitrariamente, y depende de las necesidades reales de utilización (por ejemplo, una batería de litio en miniatura). La primera estructura de nanotubos de carbono 14 puede cortarse en tamaños más pequeños al aire libre. It will be apparent to persons of normal skill in the field of the present invention, that the size of the first carbon nanotube structure 14 can be arbitrarily set, and depends on the actual needs of use (for example, a miniature lithium battery ). The first carbon nanotube structure 14 can be cut into smaller sizes outdoors.

En la etapa (b), la primera estructura de nanotubos de carbono 14 puede formarse mediante las etapas de: (b1”) extraer al menos dos películas de nanotubos de carbono de la disposición de nanotubos de carbono, usando un utensilio (por ejemplo, cinta adhesiva u otro utensilio que permita que múltiples nanotubos de carbono se adhieran y retiren simultáneamente); y (b2”) proporcionar un miembro de soporte y disponer las películas de nanotubos de carbono en el miembro de soporte a lo largo de diferentes direcciones, solapándose las películas de nanotubos de carbono unas con otras para obtener la primera estructura de nanotubos de carbono 14. In step (b), the first carbon nanotube structure 14 can be formed by the steps of: (b1 ”) extracting at least two carbon nanotube films from the carbon nanotube arrangement, using a utensil (for example, masking tape or other utensil that allows multiple carbon nanotubes to adhere and remove simultaneously); and (b2 ”) provide a support member and arrange the carbon nanotube films in the support member along different directions, the carbon nanotube films overlapping each other to obtain the first carbon nanotube structure 14 .

En la etapa (b1”), las películas de nanotubos de carbono pueden extraerse, de manera beneficiosa, de la disposición superalineada de nanotubos de carbono, mediante las subetapas de: (b1”1) seleccionar una pluralidad de segmentos de nanotubos de carbono con una anchura predeterminada; (b1”2) retirar los segmentos de nanotubos de carbono a una velocidad constante/uniforme para formar una película de nanotubos de carbono; (b1”3) repetir la etapa (b1”1) y (b1”2) para formar una pluralidad de películas de nanotubos de carbono. In step (b1 ”), the carbon nanotube films can be beneficially extracted from the super-aligned arrangement of carbon nanotubes, by means of the sub-stages of: (b1” 1) selecting a plurality of carbon nanotube segments with a predetermined width; (b1 "2) remove the carbon nanotube segments at a constant / uniform rate to form a film of carbon nanotubes; (b1 "3) repeat step (b1" 1) and (b1 "2) to form a plurality of carbon nanotube films.

En la etapa (b1”1), muy útilmente, los segmentos de nanotubos de carbono con una anchura predeterminada pueden seleccionarse usando una cinta adhesiva ancha como utensilio para hacer contacto con la disposición superalineada. En la etapa (b1”2), la dirección de extracción es, de manera útil, sustancialmente perpendicular a la dirección de crecimiento de la disposición superalineada de nanotubos de carbono. In step (b1 "1), very usefully, the segments of carbon nanotubes with a predetermined width can be selected using a wide adhesive tape as a tool to make contact with the super-aligned arrangement. In step (b1 "2), the extraction direction is, in a useful manner, substantially perpendicular to the direction of growth of the super-aligned arrangement of carbon nanotubes.

Más específicamente, durante el procedimiento de extracción, mientras los segmentos de nanotubos de carbono iniciales se sacan, también se sacan otros segmentos de nanotubos extremo con extremo, debido a la fuerza atractiva de Van der Waals entre extremos de los segmentos adyacentes. Este procedimiento de extracción asegura que pueda formarse una película de nanotubos de carbono consecutivos. Los nanotubos de carbono de la película de nanotubos de carbono son todos sustancialmente paralelos a la dirección de retirada, y la película de nanotubos de carbono producida de tal manera es capaz de formarse para tener una anchura seleccionable predeterminada. More specifically, during the extraction procedure, while the initial carbon nanotube segments are removed, other end-to-end nanotube segments are also removed, due to the attractive force of Van der Waals between ends of adjacent segments. This extraction procedure ensures that a film of consecutive carbon nanotubes can be formed. The carbon nanotubes of the carbon nanotube film are all substantially parallel to the direction of removal, and the carbon nanotube film produced in such a manner is capable of being formed to have a predetermined selectable width.

La anchura de la primera película de nanotubos de carbono depende del tamaño de la disposición de nanotubos de carbono. La longitud de la primera película de nanotubos de carbono es arbitraria. En una realización útil, cuando el tamaño del sustrato es de 10,16 cm (4 pulgadas), la anchura de la primera película de nanotubos de carbono está en el intervalo aproximado desde 1 cm hasta 10 cm, y el grosor de la primera película de nanotubos de carbono está en el intervalo aproximado desde 0,01 hasta 100 micrómetros. The width of the first carbon nanotube film depends on the size of the carbon nanotube arrangement. The length of the first carbon nanotube film is arbitrary. In a useful embodiment, when the substrate size is 10.16 cm (4 inches), the width of the first carbon nanotube film is in the approximate range from 1 cm to 10 cm, and the thickness of the first film of carbon nanotubes is in the approximate range from 0.01 to 100 micrometers.

En la etapa (b), la primera estructura de nanotubos de carbono 14 puede formarse mediante las etapas de: (b1’’’) preparar al menos dos películas de nanotubos de carbono; (b2’’’) solapar al menos dos películas de nanotubos de carbono para lograr una estructura de películas de nanotubos de carbono 16; (b3’’’) dispersar una pluralidad de partículas de óxido de estaño a nanoescala 18 en la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 para formar una película de material compuesto, obteniendo luego una primera estructura de nanotubos de carbono 14. In step (b), the first carbon nanotube structure 14 can be formed by the steps of: (b1 ’’) preparing at least two carbon nanotube films; (b2 ’’ ’) overlap at least two carbon nanotube films to achieve a carbon nanotube film structure 16; (b3 ’’ ’) dispersing a plurality of nanoscale tin oxide particles 18 in the carbon nanotube film structure 16 to form a composite film, then obtaining a first carbon nanotube structure 14.

En la etapa (b1’’’), la película de nanotubos de carbono puede prepararse mediante un método de floculación, un método de presión, o un método de extracción. In stage (b1 ’’), the carbon nanotube film can be prepared by a flocculation method, a pressure method, or an extraction method.

El método de floculación para obtener una película de nanotubos de carbono incluye las siguientes etapas: separar la disposición de nanotubos de carbono del sustrato para obtener una pluralidad de nanotubos de carbono; añadir una pluralidad de nanotubos de carbono a un disolvente para crear una estructura de flóculos de nanotubos de carbono en el disolvente; separar la estructura de flóculos de nanotubos de carbono del disolvente; y dar forma de película de nanotubos de carbono a la estructura de flóculos de nanotubos de carbono separada. La película de nanotubos de carbono preparada por el método de floculación incluye una pluralidad de nanotubos de carbono isotrópicos enredados unos con otros y distribuidos desordenadamente. The flocculation method for obtaining a carbon nanotube film includes the following steps: separating the arrangement of carbon nanotubes from the substrate to obtain a plurality of carbon nanotubes; adding a plurality of carbon nanotubes to a solvent to create a carbon nanotube floc structure in the solvent; separate the carbon nanotube floc structure from the solvent; and to form the carbon nanotube floc structure of carbon nanotubes. The carbon nanotube film prepared by the flocculation method includes a plurality of isotropic carbon nanotubes entangled with each other and distributed in a disorderly manner.

El método de presión para obtener una película de nanotubos de carbono incluye las siguientes etapas: hacer presión sobre la disposición de nanotubos de carbono usando un aparato de compresión, formando de ese modo una película de nanotubos de carbono. La película de nanotubos de carbono preparada mediante el método de presión incluye una pluralidad de nanotubos de carbono alineados a lo largo de una o más direcciones. The pressure method for obtaining a film of carbon nanotubes includes the following steps: pressure on the arrangement of carbon nanotubes using a compression apparatus, thereby forming a film of carbon nanotubes. The carbon nanotube film prepared by the pressure method includes a plurality of carbon nanotubes aligned along one or more directions.

En la presente realización, se adopta el método de extracción para preparar la película de nanotubos de carbono. In the present embodiment, the extraction method is adopted to prepare the carbon nanotube film.

En la etapa (b2’’’), después de extraerse de la disposición de nanotubos de carbono, las películas de nanotubos de carbono pueden estar, de manera útil, solapadas unas con otras para formar una estructura de películas de nanotubos de carbono 16. Ha de observarse que porque los nanotubos de carbono en la disposición superalineada de la etapa (a) tienen una alta pureza y una alta superficie específica, la película de nanotubos de carbono es adhesiva. Como tales, las películas de nanotubos de carbono adyacentes se combinan mediante la fuerza atractiva de Van der Waals para formar una estructura estable de películas de nanotubos de carbono 16. El número de películas de nanotubos de carbono y el ángulo entre las direcciones alineadas de dos películas de nanotubos de carbono adyacentes pueden ser fijados arbitrariamente o fijados conforme a las necesidades/uso reales. Muy útilmente, en la presente realización, la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 incluye 200 películas de nanotubos de carbono, y el ángulo entre las direcciones alineadas de dos películas de nanotubos de carbono adyacentes puede ser, de manera oportuna, aproximadamente de 90º. In step (b2 '' '), after being removed from the carbon nanotube arrangement, the carbon nanotube films can be usefully overlapped with each other to form a structure of carbon nanotube films 16. It should be noted that because the carbon nanotubes in the super-aligned arrangement of step (a) have a high purity and a high specific surface area, the carbon nanotube film is adhesive. As such, adjacent carbon nanotube films are combined by the attractive force of Van der Waals to form a stable structure of carbon nanotube films 16. The number of carbon nanotube films and the angle between the aligned directions of two Adjacent carbon nanotube films can be arbitrarily fixed or fixed according to actual needs / use. Very usefully, in the present embodiment, the carbon nanotube film structure 16 includes 200 carbon nanotube films, and the angle between the aligned directions of two adjacent carbon nanotube films can be, in a timely manner, approximately 90 ° .

Muy adecuadamente, puede proporcionarse además, de manera ventajosa, después de la etapa (b2’’’), una etapa adicional (b4’’’) de tratar la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 en el ánodo 10 de la batería de litio con un disolvente orgánico. Very suitably, an additional stage (b4 '' ') of treating the carbon nanotube film structure 16 at the anode 10 of the battery of battery can be provided advantageously, after step (b2' ''). Lithium with an organic solvent.

En la etapa (b4’’’), la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 puede tratarse, de manera beneficiosa, mediante cualquiera de dos métodos: dejar caer un disolvente orgánico desde un cuentagotas para empapar una superficie completa de la estructura de películas de nanotubos de carbono 16, o sumergir la estructura de película de nanotubos de carbono 16 en un recipiente que contiene un disolvente orgánico. El disolvente orgánico se puede volatilizar, y puede seleccionarse del grupo que consiste en etanol, metanol, acetona, dicloroetano, cloroformo, y sus combinaciones. Muy adecuadamente, el disolvente orgánico es etanol. Después de empaparse con el disolvente orgánico, los segmentos de nanotubos de carbono de la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 pueden encogerse, al menos parcialmente, para formar fibras de nanotubos de carbono debido a la tensión superficial creada por el disolvente orgánico. Debido a la disminución de la superficie específica por medio del empaquetado, el coeficiente de fricción de la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 se reduce, pero la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 mantiene una alta resistencia mecánica y dureza. Como tal, la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 puede usarse de manera útil después del procedimiento de tratamiento. Además, después de tratarse con el disolvente orgánico, debido al encogimiento de los segmentos de nanotubos de carbono para forma fibras de nanotubos de carbono, los segmentos de nanotubos de carbono paralelos en una capa están relativamente alejados (especialmente comparados con la distribución inicial de los segmentos de nanotubos de carbono) unos de otros, y están orientados de manera transversal respecto a los segmentos de nanotubos de carbono paralelos de capas adyacentes. Como tal, puede formarse de este modo la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 con una estructura microporosa (es decir, los microporos están definidos por los espacios/huecos entre segmentos adyacentes). In step (b4 ''), the carbon nanotube film structure 16 can be beneficially treated by either of two methods: dropping an organic solvent from an eyedropper to soak a full surface of the film structure of carbon nanotubes 16, or immerse the carbon nanotube film structure 16 in a container containing an organic solvent. The organic solvent may be volatilized, and may be selected from the group consisting of ethanol, methanol, acetone, dichloroethane, chloroform, and combinations thereof. Very suitably, the organic solvent is ethanol. After soaking with the organic solvent, the carbon nanotube segments of the carbon nanotube film structure 16 can at least partially shrink to form carbon nanotube fibers due to the surface tension created by the organic solvent. Due to the decrease of the specific surface by means of packaging, the friction coefficient of the carbon nanotube film structure 16 is reduced, but the structure of carbon nanotube films 16 maintains a high mechanical strength and hardness. As such, the carbon nanotube film structure 16 can be used usefully after the treatment procedure. Furthermore, after being treated with the organic solvent, due to the shrinking of the carbon nanotube segments to form carbon nanotube fibers, the parallel carbon nanotube segments in a layer are relatively far apart (especially compared to the initial distribution of the carbon nanotube segments) from each other, and are oriented transversely to the parallel carbon nanotube segments of adjacent layers. As such, the structure of carbon nanotube films 16 with a microporous structure can be formed in this way (ie, micropores are defined by the gaps / gaps between adjacent segments).

Ha de entenderse que la estructura microporosa está relacionada con el número de capas de la estructura de películas de nanotubos de carbono 16. Cuanto mayor sea el número de capas que se formen en la estructura de películas de nanotubos de carbono 16, mayor será el número de segmentos en la estructura de películas de nanotubos de carbono 16. Por consiguiente, el espacio entre segmentos adyacentes y el diámetro de los microporos se reducirá. It is to be understood that the microporous structure is related to the number of layers of the carbon nanotube film structure 16. The greater the number of layers formed in the structure of carbon nanotube films 16, the greater the number of segments in the carbon nanotube film structure 16. Consequently, the space between adjacent segments and the diameter of the micropores will be reduced.

Será evidente para las personas de habilidad normal en el campo de la presente invención, que el tamaño de la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 es arbitrario, y depende de las necesidades reales de utilización (por ejemplo, una batería de litio en miniatura). Puede usarse un haz de láser para cortar la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 en tamaños más pequeños al aire libre. It will be apparent to persons of normal skill in the field of the present invention, that the size of the carbon nanotube film structure 16 is arbitrary, and depends on the actual needs of use (for example, a miniature lithium battery ). A laser beam can be used to cut the structure of carbon nanotube films 16 into smaller sizes outdoors.

En la etapa (b3’’’), la primera estructura de nanotubos de carbono 14 puede formarse, de manera ventajosa, mediante las subetapas de: (b3’’’1) modificar la estructura de películas de nanotubos de carbono 16; (b3’’’2) revestir la estructura de películas de nanotubos de carbono modificada 16 con un polímero; (b3’’’3) cubrir la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 con sal de estaño; (b3’’’4) hidrolizar el ión de estaño de la sal de estaño para formar las partículas de óxidos de estaño a nanoescala 18; y (b3’’’5) calentar la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 para eliminar el polímero, obteniendo luego una primera estructura de nanotubos de carbono 14. In step (b3 ’’), the first carbon nanotube structure 14 can be advantageously formed by the sub-stages of: (b3 ’’ 1) modifying the structure of carbon nanotube films 16; (b3 ’’ 2) coating the modified carbon nanotube film structure 16 with a polymer; (b3 ’’ ’3) cover the structure of 16 carbon nanotube films with tin salt; (b3 ’’ ’4) hydrolyze the tin ion of the tin salt to form the nanoscale tin oxide particles 18; and (b3 ’’ 5) heat the carbon nanotube film structure 16 to remove the polymer, then obtaining a first carbon nanotube structure 14.

En la etapa (b3’’’1), la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 está dispuesta en un recipiente que contiene un ácido inorgánico, a una temperatura de 90ºC a 140ºC durante 4 a 6 horas. Los extremos de los nanotubos de carbono están abiertos por la corrosión del ácido. Además, la pared interna y la pared externa de los nanotubos de carbono están modificadas (es decir, modificación de la superficie de los nanotubos de carbono). En la presente realización, la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 está dispuesta en una caldera de muy alta presión con ácido nítrico dentro, a aproximadamente 120ºC durante aproximadamente 5 horas. In step (b3 ’’ 1), the carbon nanotube film structure 16 is arranged in a container containing an inorganic acid, at a temperature of 90 ° C to 140 ° C for 4 to 6 hours. The ends of the carbon nanotubes are open by acid corrosion. In addition, the inner wall and the outer wall of the carbon nanotubes are modified (ie, modification of the surface of the carbon nanotubes). In the present embodiment, the carbon nanotube film structure 16 is arranged in a very high pressure boiler with nitric acid inside, at about 120 ° C for about 5 hours.

En la etapa (b3’’’2), la estructura de películas de nanotubos de carbono modificada 16 se sumerge en una disolución de polímero durante 5 a 7 horas. Después de revestir con el polímero, la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 se lava para eliminar el polímero inestable y en exceso. Muy adecuadamente, la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 se sumerge en una disolución de polivinilpirrolidona (PVP) en etanol o acetona como disolvente. In step (b3 ’’ 2), the modified carbon nanotube film structure 16 is immersed in a polymer solution for 5 to 7 hours. After coating with the polymer, the carbon nanotube film structure 16 is washed to remove the unstable and excess polymer. Very suitably, the carbon nanotube film structure 16 is immersed in a solution of polyvinylpyrrolidone (PVP) in ethanol or acetone as solvent.

En la etapa (b3’’’3), la estructura de películas de nanotubos de carbono revestida con polímero 16 está dispuesta en un recipiente con una disolución de iones de estaño, a una temperatura de 90ºC a 110ºC, durante 2 a 4 horas. Luego, el recipiente se enfría libremente a temperatura ambiente. Como tal, se forma una sal de estaño sobre la superficie de la estructura de películas de nanotubos de carbono revestida con polímero 16. La disolución de iones de estaño puede ser, de manera beneficiosa, una disolución de una sal inorgánica de estaño en agua o un compuesto orgánico de estaño en etanol o acetona. La concentración del ión de estaño en la disolución puede estar, de manera oportuna, en el intervalo aproximado de 3 mol/l a 10 mol/l. En la presente realización, la estructura de películas de nanotubos de carbono revestida de polímero 16 está dispuesta en una caldera de muy alta presión con una disolución de dicloruro de estaño dihidratado (SnCl2.2H2O) a aproximadamente 100ºC durante aproximadamente 3 horas. Después de enfriar libremente a temperatura ambiente, la sal de estaño inestable y en exceso sobre la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 se elimina usando acetona. In step (b3 ’’ 3), the polymer-coated carbon nanotube film structure 16 is arranged in a container with a solution of tin ions, at a temperature of 90 ° C to 110 ° C, for 2 to 4 hours. Then, the container is cooled freely to room temperature. As such, a tin salt is formed on the surface of the polymer-coated carbon nanotube film structure 16. The solution of tin ions can be beneficially a solution of an inorganic tin salt in water or an organic tin compound in ethanol or acetone. The concentration of tin ion in the solution can be, in a timely manner, in the approximate range of 3 mol / l to 10 mol / l. In the present embodiment, the polymer-coated carbon nanotube film structure 16 is arranged in a very high pressure boiler with a solution of tin dichloride dihydrate (SnCl2.2H2O) at about 100 ° C for about 3 hours. After cooling freely to room temperature, the unstable and excess tin salt on the carbon nanotube film structure 16 is removed using acetone.

En la etapa (b3’’’4), la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 se sumerge en agua. El ión de estaño en la sal de estaño puede hidrolizarse para formar las partículas de óxido de estaño a nanoescala 18 a temperatura ambiente. Además, el ión de estaño puede hidrolizarse rápidamente a alta temperatura o en condiciones alcalinas. En la presente realización, muy adecuadamente, la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 se sumerge en amoníaco a 50ºC. Como tales, las partículas de óxido de estaño a nanoescala 18 se forman y se adsorben en las paredes de los nanotubos de carbono de la estructura de películas de nanotubos de carbono 16, o llenan los espacios/huecos de la estructura de películas de nanotubos de carbono 16. In stage (b3 ’’ 4), the carbon nanotube film structure 16 is submerged in water. The tin ion in the tin salt can be hydrolyzed to form the nanoscale tin oxide particles 18 at room temperature. In addition, tin ion can be rapidly hydrolyzed at high temperature or in alkaline conditions. In the present embodiment, very suitably, the carbon nanotube film structure 16 is immersed in ammonia at 50 ° C. As such, the nanoscale tin oxide particles 18 are formed and adsorbed on the walls of the carbon nanotubes of the carbon nanotube film structure 16, or fill the gaps / gaps of the nanotube film structure of carbon 16.

En la etapa (b3’’’5), el polímero que reviste la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 se descompone a alta temperatura. Muy útilmente, la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 revestida con el polímero puede calentarse a una temperatura de 300ºC a 400ºC durante 20 a 40 minutos en un gas protector (por ejemplo, nitrógeno (N2), o un gas noble). En la presente realización, la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 revestida con polímero se calienta a 350ºC durante aproximadamente 30 minutos, para obtener la primera estructura de nanotubos de carbono 14. In stage (b3 ’’ 5), the polymer that covers the structure of carbon nanotube films 16 decomposes at high temperature. Very usefully, the carbon nanotube film structure 16 coated with the polymer can be heated at a temperature of 300 ° C to 400 ° C for 20 to 40 minutes in a protective gas (for example, nitrogen (N2), or a noble gas). In the present embodiment, the polymer-coated carbon nanotube film structure 16 is heated at 350 ° C for approximately 30 minutes, to obtain the first carbon nanotube structure 14.

En la etapa (d), la primera estructura de nanotubos de carbono 14 puede prepararse, de manera adecuada, para adherirse a la superficie del colector de corriente negativo 12 mediante un aglutinante. In step (d), the first carbon nanotube structure 14 can be prepared, suitably, to adhere to the surface of the negative current collector 12 by means of a binder.

Ha de entenderse que, cuando la primera estructura de nanotubos de carbono 14 incluye sólo una pluralidad de nanotubos de carbono, la primera estructura de nanotubos de carbono 14 es adhesiva debido a su gran superficie específica, de este modo, la primera estructura de nanotubos de carbono 14 puede adherirse directamente al colector de corriente negativo 12 mediante la fuerza atractiva de Van der Waals. It is to be understood that, when the first carbon nanotube structure 14 includes only a plurality of carbon nanotubes, the first carbon nanotube structure 14 is adhesive due to its large specific surface area, thus, the first nanotube structure of Carbon 14 can adhere directly to the negative current collector 12 by the attractive force of Van der Waals.

En la etapa (c), el colector de corriente negativo 12 puede ser, de manera beneficiosa, un sustrato metálico. Muy adecuadamente, el sustrato metálico es una lámina de cobre. In step (c), the negative current collector 12 may be beneficially a metal substrate. Very suitably, the metal substrate is a copper foil.

Ha de entenderse que, el colector de corriente negativo 12 en el ánodo 10 de la batería de litio de la presente realización es opcional. En otras realizaciones, el ánodo 10 de la batería de litio puede incluir solamente la primera estructura de nanotubos de carbono 14. Debido a la estructura independiente y estable de la película, la primera estructura de nanotubos de carbono 14 puede usarse como el ánodo 10 de la batería de litio, sin el colector de corriente negativo 12. It is to be understood that, the negative current collector 12 at the anode 10 of the lithium battery of the present embodiment is optional. In other embodiments, the anode 10 of the lithium battery may include only the first carbon nanotube structure 14. Due to the independent and stable structure of the film, the first carbon nanotube structure 14 can be used as the anode 10 of the lithium battery, without the negative current collector 12.

Haciendo referencia a la figura 9 y la figura 10, un cátodo 20 de la presente realización incluye un colector de corriente positivo 22 y una segunda estructura de nanotubos de carbono 24 dispuesta sobre el colector de corriente positivo 22. El colector de corriente positivo 22 puede ser, de manera beneficiosa, un sustrato metálico. Muy adecuadamente, el sustrato metálico es una lámina de cobre. La segunda estructura de nanotubos de carbono 24 incluye una estructura de películas de nanotubos de carbono 16, y una pluralidad de partículas de material activo 28 dispersadas en la estructura de películas de nanotubos de carbono 16. Referring to Figure 9 and Figure 10, a cathode 20 of the present embodiment includes a positive current collector 22 and a second carbon nanotube structure 24 disposed on the positive current collector 22. The positive current collector 22 may be, beneficially, a metallic substrate. Very suitably, the metal substrate is a copper foil. The second carbon nanotube structure 24 includes a structure of carbon nanotube films 16, and a plurality of particles of active material 28 dispersed in the structure of carbon nanotube films 16.

La estructura de películas de nanotubos de carbono 16 incluye al menos dos películas de nanotubos de carbono solapadas. Cada película de nanotubos de carbono incluye una pluralidad de segmentos de nanotubos de carbono consecutivos unidos extremo con extremo y alineados en la misma dirección. Las al menos dos películas de nanotubos de carbono se cruzan y solapan una con otra. El número de películas de nanotubos de carbono y el ángulo entre las direcciones alineadas de las dos películas de nanotubos de carbono adyacentes se fija arbitrariamente. The carbon nanotube film structure 16 includes at least two overlapping carbon nanotube films. Each carbon nanotube film includes a plurality of consecutive carbon nanotube segments joined end to end and aligned in the same direction. The at least two carbon nanotube films intersect and overlap with each other. The number of carbon nanotube films and the angle between the aligned directions of the two adjacent carbon nanotube films is arbitrarily set.

En la presente realización, la anchura de la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 puede estar, adecuadamente, en el intervalo aproximado de 1 cm a 10 cm, y el grosor de la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 puede estar, de manera útil, en el intervalo aproximado de 0,01 micrómetros a 100 micrómetros. La estructura de películas de nanotubos de carbono 16 con una pluralidad de microporos definidos por el espacio entre segmentos de nanotubos de carbono adyacentes. El diámetro de los microporos resultantes puede ser, de manera beneficiosa, inferior a 100 nanómetros. In the present embodiment, the width of the carbon nanotube film structure 16 may suitably be in the approximate range of 1 cm to 10 cm, and the thickness of the carbon nanotube film structure 16 may be, of useful way, in the approximate range of 0.01 micrometers to 100 micrometers. The structure of carbon nanotube films 16 with a plurality of micropores defined by the space between adjacent carbon nanotube segments. The diameter of the resulting micropores may be beneficially less than 100 nanometers.

Haciendo referencia a la figura 5, muy adecuadamente, la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 incluye 200 películas de nanotubos de carbono solapadas unas con otras. En la presente realización, la anchura de la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 es aproximadamente de 5 cm, y el grosor de la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 es aproximadamente de 50 micrómetros. El ángulo entre las direcciones alineadas de dos películas de nanotubos de carbono adyacentes es aproximadamente de 90º. El diámetro de cada uno de los microporos es aproximadamente de 60 nanómetros. Referring to Figure 5, very suitably, the structure of carbon nanotube films 16 includes 200 films of carbon nanotubes overlapping each other. In the present embodiment, the width of the carbon nanotube film structure 16 is approximately 5 cm, and the thickness of the carbon nanotube film structure 16 is approximately 50 micrometers. The angle between the aligned directions of two adjacent carbon nanotube films is approximately 90 °. The diameter of each of the micropores is approximately 60 nanometers.

Las partículas de material activo 28 se adsorben en la pared de los nanotubos de carbono mediante la fuerza atractiva de Van der Waals, o llenan el espacio entre los segmentos de nanotubos de carbono adyacentes de la estructura de películas de nanotubos de carbono 16. El tamaño de las partículas de material activo 28 puede ser, de manera oportuna, de nanoescala. Muy adecuadamente, el diámetro de las partículas de material activo 28 está en el intervalo aproximado desde 3 nanómetros hasta 10 nanómetros. En la presente realización, el diámetro de las partículas de material activo 28 es aproximadamente de 6 nanómetros. The particles of active material 28 are adsorbed on the wall of the carbon nanotubes by the attractive force of Van der Waals, or fill the space between adjacent carbon nanotube segments of the carbon nanotube film structure 16. The size of the particles of active material 28 may be, in a timely manner, nanoscale. Very suitably, the diameter of the active material particles 28 is in the approximate range from 3 nanometers to 10 nanometers. In the present embodiment, the diameter of the particles of active material 28 is approximately 6 nanometers.

Las partículas de material activo 28 pueden prepararse, de manera oportuna, de óxidos de metales de transición y óxidos mixtos de metales de transición tales como óxido de litio y manganeso de tipo espinela (por ejemplo, LiMn2O4), fosfato de litio y hierro de tipo olivino (por ejemplo, LiFePO4), y óxido de litio y cobalto de tipo estratificado (por ejemplo, LiCoO2). The active material particles 28 can be prepared, in a timely manner, from transition metal oxides and mixed transition metal oxides such as lithium oxide and spinel manganese oxide (eg, LiMn2O4), lithium iron phosphate type olivine (for example, LiFePO4), and stratified lithium and cobalt oxide (for example, LiCoO2).

Ha de entenderse que el colector de corriente positivo 22, en el cátodo 20 de la batería de litio de la presente realización, es opcional. En otra realización, el cátodo 20 de la batería de litio puede incluir solamente la segunda estructura de nanotubos de carbono 24. Debido a la pluralidad de películas de nanotubos de carbono que se apilan para formar una estructura de películas autosustentable y estable, la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 puede usarse como cátodo 20 en la batería de litio sin el colector de corriente positivo 22. It is to be understood that the positive current collector 22, at the cathode 20 of the lithium battery of the present embodiment, is optional. In another embodiment, the cathode 20 of the lithium battery may include only the second carbon nanotube structure 24. Due to the plurality of carbon nanotube films that are stacked to form a self-sustaining and stable film structure, the structure of Carbon nanotube films 16 can be used as a cathode 20 in the lithium battery without the positive current collector 22.

La estructura de películas de nanotubos de carbono 16 en la presente realización, tiene una superficie específica extremadamente grande (es decir, superficie por gramo de material sólido). Como tal, una cantidad relativamente grande de partículas de material activo 28 puede adsorberse en las paredes de los nanotubos de carbono o llenar los microporos de la estructura de nanotubos de carbono 14. Por consiguiente, puede mejorarse la capacidad de carga/descarga de la batería de litio que usa el cátodo basado en nanotubos de carbono descrito anteriormente. Además, ya que las partículas de material activo están dispersadas uniformemente en la segunda estructura de nanotubos de carbono 24, puede aumentarse la conductividad del cátodo. The carbon nanotube film structure 16 in the present embodiment has an extremely large specific surface area (ie, surface area per gram of solid material). As such, a relatively large amount of particles of active material 28 can be adsorbed on the walls of the carbon nanotubes or fill the micropores of the carbon nanotube structure 14. Accordingly, the charge / discharge capacity of the battery can be improved of lithium using the cathode based on carbon nanotubes described above. In addition, since the particles of active material are uniformly dispersed in the second carbon nanotube structure 24, the conductivity of the cathode can be increased.

Haciendo referencia a la figura 11, un método para fabricar el cátodo 20 de la batería de litio incluye las etapas de: Referring to Figure 11, a method of manufacturing the cathode 20 of the lithium battery includes the steps of:

(e) proporcionar la menos dos películas de nanotubos de carbono para formar una estructura de películas de nanotubos de carbono 16; y (f) proporcionar una pluralidad de partículas de material activo 18, dispersar la partículas de material activo 28 en la estructura de nanotubos de carbono 16 para formar una segunda estructura de nanotubos de carbono 24; (g) proporcionar un colector de corriente positivo 22, y disponer la segunda estructura de nanotubos de carbono 24 sobre el colector de corriente positivo 22 para obtener el cátodo 20 de la batería de litio. (e) provide at least two carbon nanotube films to form a carbon nanotube film structure 16; and (f) providing a plurality of active material particles 18, dispersing the active material particles 28 in the carbon nanotube structure 16 to form a second carbon nanotube structure 24; (g) provide a positive current collector 22, and arrange the second carbon nanotube structure 24 on the positive current collector 22 to obtain the cathode 20 of the lithium battery.

En la etapa (f), la segunda estructura de nanotubos de carbono 14 puede formarse, de manera ventajosa, mediante las subetapas de: (f1) proporcionar una preforma o un precursor del material activo; (f2) sumergir la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 en la preforma o el precursor del material activo para formar la segunda estructura de nanotubos de carbono 24. In step (f), the second carbon nanotube structure 14 can be advantageously formed by the sub-stages of: (f1) providing a preform or a precursor of the active material; (f2) immersing the carbon nanotube film structure 16 in the preform or precursor of the active material to form the second carbon nanotube structure 24.

El material activo puede ser, de manera oportuna, óxidos de metales de transición y óxidos mixtos de metales de transición tales como óxido de litio y manganeso de tipo espinela (por ejemplo, LiMn2O4), fosfato de litio y hierro de tipo olivino (por ejemplo, LiFePO4), y óxido de litio y cobalto de tipo estratificado (por ejemplo, LiCoO2). The active material may be, in a timely manner, transition metal oxides and mixed transition metal oxides such as spinel-type lithium oxide and manganese (for example, LiMn2O4), olivine-type lithium iron and phosphate (for example , LiFePO4), and stratified lithium and cobalt oxide (for example, LiCoO2).

En una realización útil de la etapa (f), la preforma del material activo puede ser, adecuadamente, una mezcla del material activo y un disolvente. El disolvente puede seleccionarse, de manera beneficiosa, del grupo que consiste en agua, etanol, acetona, y sus combinaciones. Muy útilmente, el material activo puede estar saturado en el disolvente. La estructura de películas de nanotubos de carbono 16 puede estar, de manera ventajosa, sumergida en la preforma del material activo durante un periodo de tiempo hasta que el disolvente se volatiliza completamente. De este modo, las partículas de material activo 28 pueden dispersarse uniformemente en la estructura de películas de nanotubos de carbono 16. In a useful embodiment of step (f), the preform of the active material may suitably be a mixture of the active material and a solvent. The solvent can be beneficially selected from the group consisting of water, ethanol, acetone, and combinations thereof. Very usefully, the active material may be saturated in the solvent. The carbon nanotube film structure 16 can be advantageously immersed in the preform of the active material for a period of time until the solvent is completely volatilized. Thus, the particles of active material 28 can be dispersed uniformly in the carbon nanotube film structure 16.

En otra realización de la etapa (f), la preforma puede ser, de manera útil, el material activo en estado gaseoso a temperatura elevada. La estructura de películas de nanotubos de carbono 16 puede estar dispuesta directamente en el gas del material activo durante 0,5 a 2 horas en un gas protector. Después de enfriar a temperatura ambiente, la partículas de material activo 28 pueden formarse y dispersarse uniformemente en la estructura de películas de nanotubos de carbono 16. El gas protector puede prepararse, de manera beneficiosa, de al menos nitrógeno (N2), amoníaco (NH3), y un gas noble. In another embodiment of step (f), the preform can be, in a useful manner, the active material in a gaseous state at elevated temperature. The carbon nanotube film structure 16 may be disposed directly in the gas of the active material for 0.5 to 2 hours in a protective gas. After cooling to room temperature, the particles of active material 28 can be uniformly formed and dispersed in the carbon nanotube film structure 16. The protective gas can be beneficially prepared from at least nitrogen (N2), ammonia (NH3 ), and a noble gas.

En la etapa (f), el precursor es una mezcla de al menos dos agentes reaccionantes para preparar el material activo. Los agentes reaccionantes pueden estar, de manera oportuna, en estado gaseoso, estado líquido, o mezclados con un disolvente. La estructura de películas de nanotubos de carbono 16 puede estar, adecuadamente, sumergida en el precursor durante un periodo de tiempo. Después de la reacción de los agentes reaccionantes, las partículas de material activo 28 pueden formarse y dispersarse uniformemente en la estructura de películas de nanotubos de carbono 16. Ha de entenderse que las impurezas formadas por la reacción pueden eliminarse mediante una etapa de lavado/filtración. In step (f), the precursor is a mixture of at least two reactants to prepare the active material. The reactants can be, in a timely manner, in the gaseous state, liquid state, or mixed with a solvent. The carbon nanotube film structure 16 may be suitably submerged in the precursor for a period of time. After the reaction of the reactants, the particles of active material 28 can be uniformly formed and dispersed in the carbon nanotube film structure 16. It is understood that the impurities formed by the reaction can be removed by a washing / filtration step .

En la presente realización, la preforma es una disolución saturada de LiCoO2 en agua. La estructura de películas de nanotubos de carbono 16 se sumerge en la preforma durante varias horas hasta que el agua se consume. De este modo, en la segunda estructura de nanotubos de carbono 24 que resulta, las partículas de LiCoO2 están dispersadas uniformemente en la estructura de películas de nanotubos de carbono 16. In the present embodiment, the preform is a saturated solution of LiCoO2 in water. The carbon nanotube film structure 16 is immersed in the preform for several hours until the water is consumed. Thus, in the second carbon nanotube structure 24 that results, the LiCoO2 particles are uniformly dispersed in the carbon nanotube film structure 16.

En la etapa (g), el colector de corriente positivo 22 puede ser, de manera beneficiosa, un sustrato metálico. Muy adecuadamente, el sustrato metálico es una lámina de cobre. In step (g), the positive current collector 22 may be beneficially a metal substrate. Very suitably, the metal substrate is a copper foil.

Ha de entenderse que, en la etapa (g), el colector de corriente positivo 22 en el cátodo de la batería de litio es opcional. En otra realización, el cátodo de la batería de litio puede incluir solamente la segunda estructura de nanotubos de carbono 24. Debido a que una pluralidad de películas de nanotubos de carbono se solapa para formar una estructura de películas autosustentable y estable, la segunda estructura de nanotubos de carbono 24 puede usarse solamente como el cátodo de la batería de litio sin el colector de corriente positivo 22. It is to be understood that, in step (g), the positive current collector 22 in the lithium battery cathode is optional. In another embodiment, the lithium battery cathode may include only the second carbon nanotube structure 24. Because a plurality of carbon nanotube films overlap to form a self-sustaining and stable film structure, the second structure of Carbon nanotubes 24 can only be used as the cathode of the lithium battery without the positive current collector 22.

El cátodo 20 de la presente realización incluye la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 y las partículas de material activo 28 dispersadas uniformemente en ella. Como tal, la conductividad del cátodo puede aumentarse. Además, la capacidad de la batería de litio que usa el cátodo 20 descrito anteriormente puede mejorarse debido a su resistencia reducida. Adicionalmente, el método para fabricar el cátodo 20 descrito anteriormente es simple y adecuado para producción en serie. The cathode 20 of the present embodiment includes the structure of carbon nanotube films 16 and the particles of active material 28 uniformly dispersed therein. As such, the conductivity of the cathode can be increased. In addition, the capacity of the lithium battery using the cathode 20 described above can be improved due to its reduced resistance. Additionally, the method for manufacturing the cathode 20 described above is simple and suitable for series production.

Haciendo referencia a la figura 12, una batería de litio 100 incluye un recipiente 50, un ánodo 10, un cátodo 20, un electrolito 30, y un separador 40. El ánodo 10, el cátodo 60, el electrolito 30, y el separador 40 están dispuestos en el recipiente 50. El recipiente 50 se llena con el electrolito 30. El cátodo 20 y el ánodo 10 están separados mediante el separador 40. El cátodo 20 incluye un colector de corriente positivo 22 y una segunda estructura de nanotubos de carbono 24 sobre él. La segunda estructura de nanotubos de carbono 24 incluye una estructura de películas de nanotubos de carbono 16 y una pluralidad de partículas de material activo 28 dispersadas en la estructura de películas de nanotubos de carbono 16. El ánodo 10 incluye un colector de corriente negativo 12 y una primera estructura de nanotubos de carbono 14 dispuesta sobre él. Un terminal positivo 80 está dispuesto sobre las partes superiores del colector de corriente positivo 22 del cátodo 20. Un terminal negativo 60 está dispuesto sobre las partes superiores del colector de corriente negativo 12 del ánodo 10. Referring to Figure 12, a lithium battery 100 includes a container 50, an anode 10, a cathode 20, an electrolyte 30, and a separator 40. The anode 10, the cathode 60, the electrolyte 30, and the separator 40 they are arranged in the container 50. The container 50 is filled with the electrolyte 30. The cathode 20 and the anode 10 are separated by the separator 40. The cathode 20 includes a positive current collector 22 and a second carbon nanotube structure 24 about him. The second carbon nanotube structure 24 includes a carbon nanotube film structure 16 and a plurality of particles of active material 28 dispersed in the carbon nanotube film structure 16. The anode 10 includes a negative current collector 12 and a first structure of carbon nanotubes 14 arranged on it. A positive terminal 80 is disposed on the upper parts of the positive current collector 22 of the cathode 20. A negative terminal 60 is disposed on the upper parts of the negative current collector 12 of the anode 10.

Los materiales del cátodo 30, el separador 40, y el electrolito 30 pueden ser materiales comunes conocidos en la técnica. En la presente realización, la primera estructura de nanotubos de carbono 14 es una película de nanotubos de carbono con una pluralidad de nanotubos de carbono alineados a lo largo de cierta dirección. La estructura de películas de nanotubos de carbono 16 incluye al menos dos películas de nanotubos de carbono solapadas. Las The materials of the cathode 30, the separator 40, and the electrolyte 30 may be common materials known in the art. In the present embodiment, the first carbon nanotube structure 14 is a film of carbon nanotubes with a plurality of carbon nanotubes aligned along a certain direction. The carbon nanotube film structure 16 includes at least two overlapping carbon nanotube films. The

partículas de material activo 28 pueden prepararse, de manera oportuna, de óxidos de metales de transición y óxidos mixtos de metales de transición tales como óxido de litio y manganeso de tipo espinela (por ejemplo, LiMn2O4), fosfato de litio y hierro de tipo olivino (por ejemplo, LiFePO4), y óxido de litio y cobalto de tipo estratificado (por ejemplo, LiCoO2). El peso del ánodo es aproximadamente de 50 microgramos. El material del separador es poliolefina. particles of active material 28 may be prepared, in a timely manner, of transition metal oxides and mixed transition metal oxides such as lithium oxide and spinel manganese oxide (eg, LiMn2O4), lithium iron phosphate of olivine type (for example, LiFePO4), and stratified lithium and cobalt oxide (for example, LiCoO2). The weight of the anode is approximately 50 micrograms. The material of the separator is polyolefin.

Haciendo referencia a la tabla 1, se muestran las prestaciones en ciclos del ánodo basado en nanotubos de carbono de la batería de litio a temperatura ambiente. El ánodo de la batería de litio tiene una alta eficiencia en carga/descarga, alta capacidad, y buenas prestaciones en ciclos. La capacidad de descarga del primer ciclo de la batería de litio está por encima de 700 mAh/g. La eficiencia del primer ciclo está por encima de 140%. Después de 11 ciclos, la retención de la capacidad está por encima de 90%. Referring to Table 1, the performance in anode cycles based on carbon nanotubes of the lithium battery at room temperature is shown. The anode of the lithium battery has high charge / discharge efficiency, high capacity, and good cycle performance. The discharge capacity of the first cycle of the lithium battery is above 700 mAh / g. The efficiency of the first cycle is above 140%. After 11 cycles, the capacity retention is above 90%.

Tabla 1 Table 1

Número de ciclos Number of cycles
Corriente de carga (mAh) Corriente de descarga (mAh) Eficiencia Charging current (mAh) Discharge current (mAh) Efficiency

1 one
0 0,1094 0 0 0.1094  0

2 2
0,0255 0,0382 149,8 0.0255 0.0382 149.8

3 3
0,0270 0,0321 118,5 0.0270 0.0321 118.5

4 4
0,0252 0,0293 116,2 0.0252 0.0293 116.2

5 5
0,0242 0,0277 114,1 0.0242 0.0277 114.1

6 6
0,0241 0,0271 112,3 0.0241 0.0271 112.3

7 7
0,0236 0,0264 111,6 0.0236 0.0264 111.6

8 8
0,0234 0,026 110,8 0.0234 0.026 110.8

9 9
0,023 0,0259 110,3 0.023  0.0259  110.3

1010
0,0227 0,0257 109,1  0.0227 0.0257 109.1

11eleven
0,0229 0,0259 109,6  0.0229 0.0259 109.6

1212
0,0226 0,0254 108  0.0226 0.0254 108

1313
0,0227 0 0  0.0227 0 0

Será evidente para las personas con habilidad normal en el campo de la presente invención, que la composición del cátodo y el electrolito no está limitada a los materiales mencionados anteriormente. La película de nanotubos de carbono no tiene esencialmente aglutinante, e incluye una gran cantidad de microporos. La cantidad de intercalación de los iones de litio puede aumentarse, debido a la estructura microporosa especial de láminas del ánodo. La estabilidad de la capa SEI formada en el primer ciclo de carga y descarga puede mejorarse debido a la película de nanotubos de carbono. Como tal, el electrolito usado en la batería de litio puede seleccionarse de un intervalo más amplio de electrolitos comunes. Adicionalmente, los nanotubos de carbono se hacen crecer uniformemente en la disposición de nanotubos de carbono. Como tales, los nanotubos de carbono que se han hecho crecer están dispersados uniformemente en la película de nanotubos de carbono. El cátodo 20 de la presente realización incluye la estructura de películas de nanotubos de carbono 16 y las partículas de material activo 28 dispersadas uniformemente en ella. Como tal, la conductividad del cátodo puede aumentarse. Además, la capacidad de la batería de litio que usa el cátodo 20 descrito anteriormente puede mejorarse, debido a su resistencia reducida. Adicionalmente, el método para fabricar el cátodo 20 y el ánodo 10 descritos anteriormente es simple y adecuado para producción en serie. It will be apparent to people with normal ability in the field of the present invention, that the composition of the cathode and the electrolyte is not limited to the materials mentioned above. The carbon nanotube film has essentially no binder, and includes a large number of micropores. The amount of intercalation of lithium ions can be increased, due to the special microporous structure of anode sheets. The stability of the SEI layer formed in the first loading and unloading cycle can be improved due to the carbon nanotube film. As such, the electrolyte used in the lithium battery can be selected from a wider range of common electrolytes. Additionally, carbon nanotubes are grown uniformly in the arrangement of carbon nanotubes. As such, the carbon nanotubes that have been grown are uniformly dispersed in the carbon nanotube film. The cathode 20 of the present embodiment includes the structure of carbon nanotube films 16 and the particles of active material 28 uniformly dispersed therein. As such, the conductivity of the cathode can be increased. In addition, the capacity of the lithium battery using the cathode 20 described above can be improved, due to its reduced resistance. Additionally, the method for manufacturing the cathode 20 and anode 10 described above is simple and suitable for series production.

También ha de entenderse que la descripción anterior y las reivindicaciones orientadas a un método pueden incluir alguna indicación en referencia a ciertas etapas. Sin embargo, la indicación usada ha de verse solamente con un propósito de identificación y no como una sugerencia en cuanto a un orden para las etapas. It is also to be understood that the above description and claims oriented to a method may include some indication in reference to certain steps. However, the indication used should only be seen for identification purposes and not as a suggestion as to an order for the stages.

Claims (6)

REIVINDICACIONES 1.-Una batería de litio, que comprende: un ánodo que comprende una estructura de películas de nanotubos de carbono que comprende al menos dos películas de nanotubos de carbono solapadas, en la que cada película de nanotubos de carbono comprende una 1.-A lithium battery, which includes: an anode comprising a carbon nanotube film structure comprising at least two overlapping carbon nanotube films, in which each carbon nanotube film comprises a pluralidad de nanotubos de carbono consecutivos unidos extremo con extremo y alineados a lo largo de una misma dirección; un cátodo; un separador usado para separar el ánodo del cátodo; un recipiente con el ánodo, el cátodo y el separador dispuestos en él; y un electrolito que llena el recipiente. 2.-La batería de litio conforme a la reivindicación 1, que comprende además un colector de corriente negativo, plurality of consecutive carbon nanotubes joined end to end and aligned along the same address; a cathode; a separator used to separate the anode from the cathode; a vessel with the anode, cathode and separator disposed therein; Y an electrolyte that fills the container. 2. The lithium battery according to claim 1, further comprising a negative current collector, y la estructura de películas de nanotubos de carbono está dispuesta sobre una superficie del colector de corriente. 3.-Una batería de litio, que comprende: un ánodo; un cátodo que comprende una estructura de películas de nanotubos de carbono que comprende al menos dos and the carbon nanotube film structure is arranged on a surface of the current collector. 3.-A lithium battery, which includes: an anode; a cathode comprising a carbon nanotube film structure comprising at least two películas de nanotubos de carbono solapadas, y una pluralidad de partículas de material activo dispersadas en la estructura de películas de nanotubos de carbono, en el que cada película de nanotubos de carbono comprende una pluralidad de nanotubos de carbono consecutivos unidos extremo con extremo, y alineados a lo largo de una misma dirección; overlapping carbon nanotube films, and a plurality of particles of active material dispersed in the carbon nanotube film structure, in which each carbon nanotube film comprises a plurality of consecutive carbon nanotubes joined end to end, and aligned along the same direction; un separador usado para separar el ánodo del cátodo; un recipiente con el ánodo, el cátodo y el separador dispuestos en él; y un electrolito que llena el recipiente. 4.-La batería de litio conforme a la reivindicación 3, en la que el diámetro de las partículas de material activo a separator used to separate the anode from the cathode; a vessel with the anode, cathode and separator disposed therein; Y an electrolyte that fills the container. 4. The lithium battery according to claim 3, wherein the diameter of the particles of active material está en el intervalo aproximado desde 3 nanómetros hasta 10 nanómetros, y las partículas de material activo pueden prepararse de óxidos de metales de transición y óxidos mixtos de metales de transición tales como óxido de litio y manganeso de tipo espinela, fosfato de litio y hierro de tipo olivino, y óxido de litio y cobalto de tipo estratificado. It is in the approximate range from 3 nanometers to 10 nanometers, and the active material particles can be prepared from transition metal oxides and mixed transition metal oxides such as spinel-type lithium and manganese oxide, lithium iron phosphate and olivine type, and stratified lithium and cobalt oxide. 5.-La batería de litio conforme a la reivindicación 3, que comprende además un colector de corriente positivo, y la estructura de películas de nanotubos de carbono está dispuesta sobre una superficie del colector de corriente positivo. 5. The lithium battery according to claim 3, further comprising a positive current collector, and the carbon nanotube film structure is arranged on a surface of the positive current collector. 6.-Un método para fabricar un ánodo de una batería de litio, comprendiendo el método las etapas de: 6.-A method for manufacturing an anode of a lithium battery, the method comprising the steps of:
(a) (to)
proporcionar una disposición de nanotubos de carbono; provide a disposition of carbon nanotubes;
(b) (b)
preparar una estructura de películas de nanotubos de carbono que comprende al menos dos películas de nanotubos de carbono solapadas, en la que cada película de nanotubos de carbono comprende una pluralidad de nanotubos de carbono consecutivos unidos extremo con extremo y alineados a lo largo de una misma dirección; preparing a carbon nanotube film structure comprising at least two overlapping carbon nanotube films, wherein each carbon nanotube film comprises a plurality of consecutive carbon nanotubes joined end to end and aligned along the same address;
(c) (C)
proporcionar un colector de corriente negativo; y provide a negative current collector; Y
(d) (d)
disponer una estructura de películas de nanotubos de carbono sobre el colector de corriente, y de ese modo, obtener el ánodo de la batería de litio. arrange a carbon nanotube film structure on the current collector, and thereby obtain the lithium battery anode.
7.-El método conforme a la reivindicación 6, en el que la etapa (b) comprende además las etapas siguientes de: 7. The method according to claim 6, wherein step (b) further comprises the following steps of: (b1”) extraer al menos dos películas de nanotubos de carbono de la disposición de nanotubos de carbono, usando un utensilio; (b1 ”) extract at least two carbon nanotube films from the carbon nanotube arrangement, using a utensil; (b2”) proporcionar un miembro de soporte y disponer las al menos dos películas de nanotubos de carbono en el miembro de soporte a lo largo de diferentes direcciones, solapándose las al menos dos películas de nanotubos de carbono unas con otras para obtener la estructura de películas de nanotubos de carbono. (b2 ”) provide a support member and arrange the at least two films of carbon nanotubes in the support member along different directions, the at least two films of carbon nanotubes overlapping each other to obtain the structure of Carbon nanotube films. 8.-El método conforme a la reivindicación 7, en el que la etapa (b1”) comprende además las etapas siguientes de: (b1”1) seleccionar una pluralidad de segmentos de nanotubos de carbono con una anchura predeterminada; 8. The method according to claim 7, wherein step (b1 ") further comprises the following steps of: (b1" 1) selecting a plurality of carbon nanotube segments with a predetermined width; (b1”2) retirar los segmentos de nanotubos de carbono a una velocidad constante/uniforme para formar una película de nanotubos de carbono; (b1 "2) remove the carbon nanotube segments at a constant / uniform rate to form a film of carbon nanotubes; (b1”3) repetir la etapa (b1”1) y (b1”2) para formar una pluralidad de películas de nanotubos de carbono. (b1 "3) repeat step (b1" 1) and (b1 "2) to form a plurality of carbon nanotube films. 5 9.-El método conforme a la reivindicación 7, en el que la estructura de películas de nanotubos de carbono tiene una pluralidad de microporos, definidos por los espacios entre los segmentos de nanotubos de carbono adyacentes. The method according to claim 7, wherein the structure of carbon nanotube films has a plurality of micropores, defined by the spaces between adjacent carbon nanotube segments. 10.- La batería de litio conforme a la reivindicación 1, en la que los nanotubos de carbono en la película de nanotubos de carbono están unidos extremo con extremo mediante la fuerza atractiva de Van der Waals. 10. The lithium battery according to claim 1, wherein the carbon nanotubes in the carbon nanotube film are joined end to end by the attractive force of Van der Waals.
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CN2007101238144A CN101409337B (en) 2007-10-10 2007-10-10 Lithium ion battery cathode, preparation method thereof and lithium ion battery applying the same
CNA2007101238159A CN101409338A (en) 2007-10-10 2007-10-10 Lithium ion battery cathode, preparation method thereof and lithium ion battery applying the same
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Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101462391B (en) 2007-12-21 2013-04-24 清华大学 Method for preparing carbon nano-tube composite material
CN101456277B (en) 2007-12-14 2012-10-10 清华大学 Method for preparing carbon nanotube composite material
ES2391592T3 (en) * 2007-12-14 2012-11-28 Tsing Hua University Composite material based on carbon nanotubes and a method to manufacture the same
US9362549B2 (en) 2011-12-21 2016-06-07 Cpt Ip Holdings, Llc Lithium-ion battery anode including core-shell heterostructure of silicon coated vertically aligned carbon nanofibers
US9412998B2 (en) 2009-02-25 2016-08-09 Ronald A. Rojeski Energy storage devices
US9431181B2 (en) 2009-02-25 2016-08-30 Catalyst Power Technologies Energy storage devices including silicon and graphite
US9705136B2 (en) 2008-02-25 2017-07-11 Traverse Technologies Corp. High capacity energy storage
US9966197B2 (en) 2009-02-25 2018-05-08 Cf Traverse Llc Energy storage devices including support filaments
US10205166B2 (en) 2008-02-25 2019-02-12 Cf Traverse Llc Energy storage devices including stabilized silicon
US10056602B2 (en) 2009-02-25 2018-08-21 Cf Traverse Llc Hybrid energy storage device production
US10193142B2 (en) 2008-02-25 2019-01-29 Cf Traverse Llc Lithium-ion battery anode including preloaded lithium
US8420258B2 (en) 2008-02-25 2013-04-16 Ronald Anthony Rojeski High capacity electrodes
US9941709B2 (en) 2009-02-25 2018-04-10 Cf Traverse Llc Hybrid energy storage device charging
US10727481B2 (en) 2009-02-25 2020-07-28 Cf Traverse Llc Energy storage devices
US9917300B2 (en) 2009-02-25 2018-03-13 Cf Traverse Llc Hybrid energy storage devices including surface effect dominant sites
US9979017B2 (en) 2009-02-25 2018-05-22 Cf Traverse Llc Energy storage devices
US9349544B2 (en) 2009-02-25 2016-05-24 Ronald A Rojeski Hybrid energy storage devices including support filaments
US11233234B2 (en) 2008-02-25 2022-01-25 Cf Traverse Llc Energy storage devices
KR20120022839A (en) * 2009-04-01 2012-03-12 유니버시티 오브 더 웨스턴 케이프 Method for producing a carbon composite material
US8426052B2 (en) 2009-05-08 2013-04-23 Robert Bosch Gmbh Li-ion battery with porous anode support
CN101880023B (en) * 2009-05-08 2015-08-26 清华大学 Nanomaterial membrane structure
US8574767B2 (en) 2009-05-18 2013-11-05 The Johns Hopkins University Thin film electrodes including metal tubes filled with active material and battery cells, and methods of fabrication
GB2492167C (en) 2011-06-24 2018-12-05 Nexeon Ltd Structured particles
CN103094525B (en) * 2011-10-28 2016-08-03 清华大学 Lithium ion battery negative and preparation method thereof
JP2015510666A (en) 2012-01-30 2015-04-09 ネクソン リミテッドNexeon Limited Si / C electroactive material composition
GB2498803B (en) * 2012-01-30 2015-04-08 Nexeon Ltd Composition
JP2015516643A (en) * 2012-02-07 2015-06-11 ナノコンプ テクノロジーズ,インク. Nanostructured composite battery and method for producing nanostructured composite battery from nanostructured composite sheet
GB2499984B (en) 2012-02-28 2014-08-06 Nexeon Ltd Composite particles comprising a removable filler
GB2502625B (en) 2012-06-06 2015-07-29 Nexeon Ltd Method of forming silicon
GB2507535B (en) 2012-11-02 2015-07-15 Nexeon Ltd Multilayer electrode
CN104810524B (en) * 2014-01-23 2018-04-03 清华大学 Lithium ion battery
DE102015205443B4 (en) * 2014-04-01 2021-05-27 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Anode material for lithium-ion batteries
KR101567203B1 (en) 2014-04-09 2015-11-09 (주)오렌지파워 Negative electrode material for rechargeable battery and method of fabricating the same
KR101604352B1 (en) 2014-04-22 2016-03-18 (주)오렌지파워 Negative electrode active material and rechargeable battery having the same
GB2533161C (en) 2014-12-12 2019-07-24 Nexeon Ltd Electrodes for metal-ion batteries
JP6846745B2 (en) 2015-07-13 2021-03-24 株式会社カネカ Electrode sheet and non-aqueous electrolyte secondary battery used for non-aqueous electrolyte secondary battery
KR101979678B1 (en) 2016-03-21 2019-05-17 주식회사 엘지화학 Method for producing electrode current collector for secondary battery and electrode comprising electrode current collector manufactured thereby

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4543618B2 (en) * 2003-04-14 2010-09-15 ソニー株式会社 Non-aqueous electrolyte battery
US7094499B1 (en) * 2003-06-10 2006-08-22 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Carbon materials metal/metal oxide nanoparticle composite and battery anode composed of the same
US8039148B2 (en) * 2005-12-13 2011-10-18 Panasonic Corporation Non-aqueous electrolyte secondary battery
US20070190422A1 (en) * 2006-02-15 2007-08-16 Fmc Corporation Carbon nanotube lithium metal powder battery

Also Published As

Publication number Publication date
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